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HAL Id: tel-01754560 https://hal.univ-lorraine.fr/tel-01754560 Submitted on 30 Mar 2018 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Traitement mécaniques et thermochimiques couplés sur acier inoxydable et alliage base nickel austénitiques Tony Thiriet To cite this version: Tony Thiriet. Traitement mécaniques et thermochimiques couplés sur acier inoxydable et alliage base nickel austénitiques. Autre. Institut National Polytechnique de Lorraine, 2010. Français. NNT : 2010INPL064N. tel-01754560 AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm L’Institut National Polytechnique de Lorraine École doctorale : Énergie Mécanique Matériaux (EMMA ED409) Thèse préparée au sein du laboratoire de recherche de L’Institut Jean Lamour - Département 2 Chimie et Physique des Solides et des Surfaces (CP2S) -CNRS - Nancy-Université - UPV-Metz - U.M.R. CNRS 7198 - École des Mines de Nancy - Parc de Saurupt - CS 14234 - 54042 NANCY CEDEX – France Thèse Par Tony THIRIET Ingénieur ESSTIN 2006 Traitements mécaniques et thermochimiques couplés sur acier inoxydable et alliage base nickel austénitiques Présentée et soutenue à huit clos le 09 novembre 2010 pour l’obtention du grade de Docteur de l’INPL (Spécialité : Science et ingénierie des matériaux et métallurgie) Directeur de thèse : T. BELMONTE Directeur de recherche CNRS, Institut Jean Lamour (Nancy) Co-directeur de thèse : T. CZERWIEC Professeur des universités (EEIGM de Nancy) Co-directeur de thèse : D. HERTZ Senior expert (AREVA) Composition du Jury : Président du Jury : A. REDJAIMIA Professeur des universités (EEIGM de Nancy) Rapporteurs : M. BIGERELLE Professeur des universités (UTC) P. VILLECHAISE Directeur de Recherche CNRS, Institut P’ (ENSMA-Université de Poitiers) Examinateur : M. FOUCAULT Directeur du département Chimie Corrosion (AREVA) Membre invité : P. GILLES Senior expert (AREVA) III Avant-propos Ce travail de doctorat a été financé en partie par l’intermédiaire d’une subvention CIFRE accordée par l’ANRT à la société AREVA NP. Le laboratoire d’accueil fut dans un premier temps le Laboratoire de Science et Génie des Surfaces (LSGS, UMR 7570) dirigée par M. Bauer. Par la suite, le LSGS a fusionné avec quatre autres laboratoires de Nancy pour former l’Institut Jean Lamour (IJL, UMR CNRS 7198) dirigée par M. Dubois. Ce travail a été réalisé à la fois à l’IJL et au Centre technique département Chimie corrosion d’AREVA NP du Creusot dirigé par M. Foucault. Je remercie toutes ces personnes de m’avoir accueilli tour à tour au sein de leur unité. Je tiens vivement à remercier messieurs Maxence Bigerelle et Patrick Villechaise d’avoir bien voulu examiner, rapporter le présent manuscrit qui est le fruit de trois années de travail. Je les remercie pour l’intérêt qu’ils ont porté à étudier mon travail dans les moindres détails. J’adresse toute ma gratitude à M. Abdelkrim Redjaimia pour m’avoir fait l’honneur de présider le Jury. Je remercie aussi tous les autres membres du jury, MM. Marc Foucault, Philippe Gilles pour avoir pris le temps d’examiner mon travail. Je remercie vivement l’équipe de direction de la thèse composée de Messieurs Thierry Belmonte, Thierry Czerwiec et Dominique Hertz sans qui cette étude n’aurait pas vu le jour. J’ai apprécié leur disponibilité et leur présence. Ils ont su me faire partager leur culture et savoir scientifiques, me réorienter lorsque je m’écartais du sujet, me conseiller sur les démarches et méthodes à suivre. Ils m’ont aussi ouvert les portes sur le monde de la recherche et du développement tant du point de vue universitaire qu’industriel. Par ces quelques lignes, je souhaite également remercier toutes les personnes qui ont contribué de façon directe ou indirecte à la réalisation et au bon déroulement de mes travaux. Je remercie également l’équipe AREVA composée de Mme. Marylise Caron – Charles, M. Marc Foucault et M. Philippe Gilles pour leur implication et le suivi du déroulement de la thèse au cours de ces années. Ils m’ont permis de comprendre les implications de mon travail dans l’industrie. Je remercie vivement M. Grégory Marcos, qui s’est impliqué dans le suivi de la thèse dès le début. Je le remercie également pour toutes les fois où il m’a permis de me sortir de certaines situations critiques. Les ingénieurs en charge des techniques de caractérisations telles que P. Boulet (DRX), B. Brugier (MEB – EBSD), C. Gendarme (MEB), S. Migot (MET), T. Toll Duchanoy (métallurgie et MET) et S. Weber mais aussi les techniciens du laboratoire, B. Boreux (préparation des échantillons et nanoindentation) et J.P. Arnould (tribologie) sont des personnes que je remercie chaleureusement pour leur patience, le temps qu’ils ont passé avec moi à répondre à mes questions, mes interrogations et à satisfaire ma curiosité. Ils m’ont permis de découvrir et comprendre les limites inhérentes à chaque technique de caractérisations que j’ai employée. Au cours de ces trois année, j’ai eu également la chance de rencontrer bon nombre de spécialistes avec qui j’ai pu discuter et pour certain j’ai pu leur présenter mes travaux. Leur expérience et leur connaissance m’ont permis de comprendre de nombreux phénomènes IV physiques et ils m’ont aidé dans l’interprétation des résultats que j’obtenais. C’est pourquoi, je tiens à remercier pour leur précieux aide et conseil, Mme Allain Bonasso, MM. B. Bolle, J.P. Chateau, T. Grosdidier, G. Kermouche, R. Kouitat, A. Mézin et H. Michel. Je remercie particulièrement pour leur patience et leur travail les interlocutrices administratives Mmes R. Manerin, M. Schneider et V. Tamburini que j’ai été amenée à solliciter pour l’organisation de mes déplacements et pour les formalités administratives. Je remercie mes parents, ma famille, mes sœurs et mon frère pour leur soutien et leur aide dans les moments difficiles. Je finis cette longue liste de remerciement par mes collègues qui sont avant tout des amis avec qui j’ai passé d’agréables moments au cours de ces trois années. Ils ont toujours été présents quand j’en avais besoin et ils ont su me faire oublier le travail quand c’était nécessaire. Ils ont toujours contribué à la bonne ambiance qui entoure le sous-sol de l’école des Mines. Je remercie ainsi Grégory Arnoult, Nicolas Barth, Cyril Sarrieu, Nolwenn Tranvouez, Maud Jullien, Hugo Van Landeghem, Carine Petitjean, Noura Oumarou, Fabien Capon, Thomas Gries, Cédric Noël, Rodrigo Perito Cardoso, Nierlly Galvão, David Horwat, Laure Gigleux, Xiochuan Xiong, Francis Kosior, Patricio Francisco. Et bien sur tous ceux que j’ai oubliés… Ces trois années m’ont permis de rencontrer, de travailler avec beaucoup de personnes qui m’ont énormément apportés tant sur le plan scientifique que sur le plan personnel. Sur le plan personnel, la thèse m’a permis de me découvrir une passion pour le sport. Grâce à beaucoup de personnes notamment Grégory Arnoult. Ce qui m’a permis de m’épanouir et j’ai eu la volonté d’arrêter de fumer et je les en remercie. Je remercie très chaleureusement à nouveau tous ces collaborateurs, collègues, amis en souhaitant que nos liens se renforcent dans le futur. VII Sommaire Introduction générale ____________________________________ 1 Chapitre I : Introduction et bibliographie __________________ 5 I.1 Contexte de l’étude _______________________________________________ 7 I.2 Couplage d’un traitement de surface mécanique avec un traitement de diffusion thermochimique __________________________________________________ 8 I.2.1 Traitement mécanique d’attrition de surface (Surface Mechanical Attrition Treatment SMAT) suivi d’un traitement de nitruration __________________________________________________ 8 I.2.2 Traitement de déformations plastiques sévères __________________________________ 9 I.2.3 Shot peening suivi d’un traitement de nitruration _______________________________ 10 I.2.4 Récapitulatif des manipulations réalisées en couplant un prétraitement et un traitement thermochimique ______________________________________________________________________ 11 I.2.5 Hypothèses expliquant les améliorations lors des traitements thermochimiques ______ 14 I.3 Mécanismes de durcissement ______________________________________ 15 I.3.1 Durcissement par augmentation du nombre des joints de grain ____________________ 15 I.3.2 Durcissement par écrouissage _______________________________________________ 15 I.3.3 Déformation plastique par transformation de phase _____________________________ 16 I.3.4 Durcissement par atomes en solution solide ____________________________________ 17 I.4 Mécanismes de déformation des métaux cubiques à faces centrées _______ 17 I.4.1 Les dislocations ___________________________________________________________ 18 I.4.2 Structures cristallines et systèmes de glissement ________________________________ 20 I.4.3 L’énergie de fautes d’empilement ____________________________________________ 22 I.4.4 Notion de matériau polycristallin _____________________________________________ 30 I.5 La texture ______________________________________________________ 32 I.6 Le processus d’affinement d’une structure micrométrique vers une structure nanométrique ___________________________________________________________ 33 I.7 Incompatibilité plastique et contraintes internes _______________________ 35 I.8 Résultats après un traitement mécanique de la surface : revue bibliographique _______________________________________________________________ 37 I.8.1 Acier inoxydable AISI 316L __________________________________________________ 38 I.8.2 Alliage Inconel 600 ________________________________________________________ 40 I.8.3 Alliage Hastelloy C-2000 : ___________________________________________________ 41 I.8.4 Conclusion. uploads/Science et Technologie/ inpl-t-2010-thiriet-t.pdf