La métallurgie des poudres (MP) est un procédé permettant de produire des pièces aux cotes quasiment finales. Cependant, l'importante proportion de porosité présente dans les pièces conçues par MP diminue significativement leur l'usinabilité comparativement aux pièces coulées ou corroyées. Heureusement, le pré-alliage des aciers au sulfure de manganèse (MnS) s'est avéré un bon moyen d'augmenter l'usinabilité des pièces conçues par MP. Dans le présent projet, l'effet sur l'usinabilité de nouvelles particules de secondes phases pré-alliées a été étudié. Les résultats démontrent que pour un mélange FC-0208, la vie utile de l'outil de coupe peut être améliorée de 55% et les forces de coupes tangentielles diminuées de 10% lorsqu'elles sont comparées avec un alliage hautement usinable pré-allié au MnS (MP37 HD) de la compagnie DOMFER Poudres Métalliques. De plus, ces améliorations ont causées qu'une légère diminution la dureté apparente et la résistance mécanique des pièces

L’objectif de la présente thèse a été de développer des procédés de modifications de surface de l’acier inoxydable 316, pour en améliorer les performances à long terme en milieu biologique, en vue d’une application pour les stents coronariens. Deux types de modifications de surface successifs ont été menés sur l’acier; des pré traitements et des recouvrements. Les premiers ont eu pour but de modifier la composition chimique, la rugosité et la topographie des surfaces métalliques, afin de les préparer au dépôt des seconds, lesquels auront pour fonction d’isoler totalement le métal du milieu biologique. Les pré traitements de polissage mécanique et électrochimique, de dégraissage par ultrasons, d’immersion en solutions alcalines et acides et de décapage par plasma froid, ont été testés. Les modifications de surfaces induites ont été caractérisées par Spectroscopie de Photoélectrons induits par Rayons X (XPS), par Microscopie à Force Atomique (MFA) et par Microscopie Électronique à Balayage (MEB). La combinaison optimisée des traitements par ultrasons, polissage électrochimique, attaque acide et décapage par plasma froid a abouti à l’obtention de surfaces lisses, homogènes, sans défauts, décontaminées et quasi exemptes d’oxyde métallique considéré fragile mécaniquement. Le pré traitement d’électropolissage a fait tout particulièrement l’objet d’une étude approfondie. Les recouvrements amorphes, fluorocarbonés et partiellement hydrogénés, fortement hydrophobes, lisses et sans défauts ont été déposés sur de substrats métalliques pré traités en optimisant les paramètres de fonctionnement du réacteur à plasma froid radio fréquence. Des dépositions ont également été effectuées sur des substrats non pré traités dans les conditions optimales de polymérisation. Elles ont alors conduit à la formation de films poreux, composés de sphères nanométriques distribuées de manière hétérogène, de structure également amorphe et partiellement hydrogénée. L’importance de l’étape des pré traitements a ainsi été démontrée, celle ci influençant principalement la morphologie des recouvrements. Finalement, l’imperméabilité des recouvrements obtenus sur des substrats pré traités ont été validées dans des conditions pseudo physiologiques similaires à celles présentes dans les artères coronariennes. / The aim of this study was to develop various surface modification procedures for 316 stainless steel to improve its long term performances as endovascular stents. The strategy behind this work was divided into two parts: surface pre treatments and surface coatings. Chemical composition, roughness and topography of the metallic surfaces were modified by the surface pre treatments in order to prepare the substrates for the post deposited coatings that would form an impermeable barrier completely isolating the metallic device from body fluids. Surface pre treatments of the metallic surfaces consist of mechanical and electrochemical polishing, ultrasonic cleaning, dipping in alkaline and acidic solutions, and plasma etching. The aim was to obtain a smooth and homogeneous surface of the substrate as well as to remove any fragile interlayer, particularly the metallic oxide and the contamination layers. Characterization of the modified surfaces was performed by X ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Optimized surface properties were obtained by combining ultrasonic cleaning, electrochemical polishing, acid dipping and plasma etching. Of the above mentioned methods, emphasis was placed on the electrochemical polishing procedure. Ultra thin fluorocarbon films were deposited on pre treated stainless steel surfaces by radio frequency glow discharge plasma, after modulating plasma deposition parameters in order to promote the polymerization process. Films were then partially hydrogenated, amorphous, highly hydrophobic, smooth and pinhole free. Depositions under optimal polymerization conditions were also performed on as received substrates and lead to the formation of partially hydrogenated, porous fluorocarbon coatings that consisted of heterogeneously distributed nanospherical particles. Thus, pre treatments prior to deposition were essential, demonstrated by their strong influence on the morphology of the plasma polymer films. Finally, plasma polymer films were validated with respect to impermeability in a medium reproducing the physiological conditions in the coronary arteries.

La conception des profilés en acier est généralement influencée par l’apparition d’instabilités au niveau local et global de l’élément. Le voilement, le flambement, le déversement ont été source de nombreuses recherches dans le but d’optimiser les coûts des constructions en acier. Une estimation plus précise des charges de ruines réelles devrait permettre des gains, en pratique, de par l’allègement de structures typiquement conçues de façon excessivement sécuritaires. En effet, les règles de conception, proposées par les normes, mènent à une estimation des résistances locales et globales des profilés en I et en H, dont la précision peut être améliorée, et certains chercheurs ont ainsi orienté leur travail vers une optimisation de ces règles. Dans ce contexte, l’O.I.C. (Overall Interaction Concept) qui a été développé dans un premier temps pour les sections tubulaires en acier, permet la conception de tous types de géométries de sections, et cas de chargement, d’une manière simple et efficace. Les formules de résistances ont été développées à partir de résultats expérimentaux et numériques, ceux-ci permettant de prendre en compte, de manière continue, l’interaction entre résistance et instabilité. Cette thèse s’inscrit dans la démarche de l’O.I.C., de par le développement de formules de conception pour les sections en I et en H. Suite à une étude numérique réalisée à partir d’un modèle aux éléments finis, dont la précision a été préalablement vérifiée, des schémas de contraintes résiduelles et imperfections géométriques ont pu être recommandés, afin de garantir l’obtention de résistances fiables. Des études paramétriques furent menées sur des éléments courts, soumis à des cas de chargement simples, telles que la compression pure, la flexion d’axe fort, et la flexion d’axe faible, ainsi que des cas de chargements combinés. Des formulations prédisant la résistance, dans un format O.I.C., ont été ensuite proposées. Davantage d’analyses numériques ont été réalisées afin d’étudier la réponse globale des poutres en I et en H, sujettes au phénomène de déversement, et une équation prédisant leur résistance a été développée. Les formulations proposées ont montré une meilleure fiabilité que celle obtenue selon les directives de l’Eurocode, tout particulièrement dans le cas des sections élancées de classe 4, dont les règles de conception préconisées présentent un manque de précision important. La formulation développée selon l’O.I.C., dans le cas des chargements combinés, bien que d’apparence complexe, permet d’obtenir une estimation de la capacité locale de façon très précise, là où la norme a montré d’importantes lacunes. La performance de la formulation a été préférée à la simplicité, pour assurer son apport vis-à-vis de la précision des normes actuelles. C’est pourquoi ce travail doit être considéré comme une première étape vers une formulation complète de conception des poutres en I et en H, et de futurs travaux pourraient s’intéresser à leur simplification. / Design of steel profiles is generally ruled by the occurrence of local and global instabilities which havebeen of major interest for many years now to reduce costs within steel applications. Closer estimate of actual ultimate strengths shall allow for some savings in practice since some structures typically designed through conservative rules provided by standards such as the Eurocode shall be lightened. The designguide lines currently suggested in codes to predict local and global strengths of I and H-shapes are broadly known to exhibit some conservatism and researchers have been directing their efforts towards an optimisation of such design. Accordingly, the O.I.C. (Overall Interaction Concept) which was first developed for tubular sections,provides a general approach for steel design with a common and straightforward formulation for all load cases and cross-section’s geometries. O.I.C. design equations are derived based on strengths mostly achieved by means of full non-linear analyses since F.E. simulations can provide accurate predictions of actual ultimate strengths and continuously account for the Resistance – Instability interaction. Through the present thesis, design formulae for I and H-shapes were developed as part of the development of the O.I.C. Subsequently to an extensive numerical study through a F.E. model whose reliability was first established by means of comparisons with tests data, reasonable local geometrical imperfections as well as appropriate residual stresses patterns were chosen so that reliable ultimate strengths could be reached with the F.E.models. Then, parametric studies were carried out on short members subject to simple load cases such assimple axial force, major-axis bending or minor-axis bending and combined loadings. Observations on local strengths tendencies allowed the determination of key parameters so that O.I.C. based design proposals predicting the local strengths of hot-rolled and welded I and H-sections could be established. Numerical investigations then focused on the member strength of I and H-sections prone to suffer fromLateral Torsional Buckling so that an accurate design proposal including local/global coupling effects waseventually derived. Accuracy showed great benefits from these O.I.C. based design proposals compared to Eurocode rules,especially for slender sections. The design for which coherence and accuracy was preferred to simplicity has shown drastic efficiency for simple and combined load cases. Owing to the complex strength tendencies observed for sections subject to combined loadings, no consequent simplification of theproposals could be achieved without losing the benefits in accuracy compared to the Eurocode one. This work shall be considered as a first step towards a more coherent and accurate design for steel I andH-sections since further work may be needed towards a simplification of such proposal

La fabrication d'outils de coupe rotatifs implique plusieurs défis liés à la maximisation de la résistance à la traction et à la flexion tout en préservant la ténacité. Le produit souhaité est une plaque parfaitement plane avec de faibles contraintes résiduelles et d'excellentes et uniformes propriétés mécaniques planaires. La présente recherche vise à développer une texture et des microstructures pour maximiser la résistance, la ténacité et la dureté tout en minimisant la distorsion du corps des scies circulaires utilisées dans l'industrie de la première transformation du bois. La réalisation des objectifs mentionnés par la production du substrat des scies circulaires par laminage croisé et austempering-revenu a été étudiée. Ce projet de recherche se en deux étapes. La première s'est déroulée à l'échelle du laboratoire a traité de l'effet du laminage croisé et du traitement thermique de trempe sur un type d'acier faiblement allié utilisé dans la fabrication de lames de scies circulaires commerciales. Lors de l'étape suivante, les résultats ont été mis en œuvre à l'échelle réelle pour produire des lames de scie de taille industrielle. Les résultats ont été comparés à des scies du commerce fabriquée par laminage à chaud, trempe et revenu. Des essais de validation ont été effectués sur le produit final pour quantifier l'efficacité de la nouvelle approche. Les résultats ont montré que le laminage croisé induit des grains équiaxes homogènes et une texture {100} <110> intense des fibres α et ε dans les directions RD et TD. La texture fibreuse distincte développée par le laminage croisé a augmenté la résistance du matériau au ramollissement. La microstructure bainitique de la post-déformation austempering-revenu a amélioré simultanément la dureté (9%), la limite d'élasticité (19%), la résistance en traction (%19) et la résistance à la flexion (22%) sans sacrifier la ductilité. Les propriétés ci-dessus étaient identiques le long des directions dans le plan en raison des textures uniformes des fibres α et ε. Le revenu de la bainite près de la gamme de températures de transformation baintique a équilibré le rapport résistance/ductilité et maximisé la planéité du matériau. La fabrication d'outils rotatifs plus minces qui maximisent la récupération de la fibre de bois pendant le processus de coupe est réalisable avec cette nouvelle méthode. / Fabrication of rotary cutting tools involves several challenges related to the maximization of tensile and bending strength with the preservation of toughness. The desired product is a perfectly level plate with low residual stresses and excellent uniform properties in all directions. The present research was planned to develop a texture and microstructures to maximize strength, toughness, and hardness while minimizing distortion of the body of circular saws used in the primary transformation of wood. Achieving the mentioned objectives through the production of the substrate of the circular saws by cross-rolling and austempering-tempering was investigated. This research project consisted of two phases. In the lab-scale stage, the effect of the cross-rolling and austempering heat treatment was studied on a type of low alloy steel used in the fabrication of commercial circular saw blades. In the next step, the results were implemented at the actual scale to produce actual size saw blades. The results were compared to conventional saws made by hot rolling, quenching and tempering. Pilot tests were carried out on the final product to evaluate the efficacy of the new approach. The results showed that cross-rolling induced homogenous equiaxed grains and an intense {100} <110> texture of α and ε fibers along RD and TD directions. The distinct fiber texture developed by cross-rolling increased the material's resistance to softening. The bainitic microstructure of the post-deformation austempering-tempering simultaneously improved hardness (9%), yield stress (19%), ultimate tensile strength (%19), and flexural strength (22%) without sacrificing ductility. The above properties were identical along in-plane directions due to the uniform α and ε fiber textures. Tempering of bainite near the bainitic transformation temperature range adjusted the strength/ductility balance and maximized the levelness of the material. The manufacturing of thinner rotary tools that minimize waste during the cutting process is feasible with this novel method.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Bien que la métallurgie des poudres (MP) soit connue comme un méthode de fabrication aux cotes presque finales, un volume ignificatif de pièces MP nécessitent que l’on ait recours à une opération d’usinage. Les opérations d'usinage secondaires sont habituellement requises pour la conformité dimensionnelle ou la production de caractéristiques géométriques compliquées qui ne peuvent pas être obtenues par le procédé de pressage. Cependant, en raison de la présence de porosité, l'usinabilité des pièces en aciers MP est difficile en comparasion aux aciers corroyés et peut ajouter 20% ou plus au coût total de fabrication de ces pièces. Parmi les diverses mesures connues pour améliorer l'usinabilité des aciers MP, l'utilisation d'additifs d'usinage, soit pré-mélangés, soit préalliés, est de loint la méthode la plus utilisée. Il existe des dizaines d'éléments et de composés différents qui peuvent améliorer l'usinabilité à différents niveaux. Néanmoins, leurs effets négatifs sur d'autres propriétés des aciers MP tels que les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion rendent leur utilisation peu intéressante. Dans cette étude, des particules de graphite libre sont présentées comme un nouvel additif qui non seulement améliore significativement l'usinabilité des aciers MP, mais le fait sans affecter de façon notable les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion. Il a été démontré qu'il est possible d'obtenir des particules de graphite libres dans un acier MP par enrobage de celles-ci. Cet enrobage permet d’empêcher le graphite de diffuser dans la matrice de fer pendant le frittage. Dans cette étude, des particules de graphite enrobées de nickel ont été recouvertes de cuivre par le procédé de cémentation. Un traitement thermique a ensuite été réalisé sur ce nouveau matériau afin d’obtenir un revêtement plus uniforme. Les résultats des essais de caractérisation mécanique sur des échantillons frittés (FC-0208) contenant des particules prémélangées de graphite enrobées de cuivre / nickel, soit traitées thermiquement ou non, montrent que ce nouvel additif ne détériore pas les propriétés mécaniques statiques et dynamiques des aciers MP. De plus, la résistance à la corrosion des échantillons contenant cet additif se révèle être la même que celle des échantillons sans additif. Les effets de l’additif non traité thermiquement et traité thermiquement sur l'usinabilité des aciers MP ont également été caractérisés en utilisant un opration de perçage. Les résultats obtenus montrent que ce nouvel additif peut améliorer significativement l'usinabilité en réduisant la force de coupe requise. / Although powder metallurgy (PM) is known as a near-net-shape fabrication method, noticeable amount of PM parts need some sort of machining. Secondary machining operations are usually required for dimensional conformance or producing complicated geometrical features that cannot be achieved at the compaction stage. However, due the presence of porosity, machinability of PM steels is difficult compared to wrought steels and can add 20% or more to the overall fabrication cost of PM parts. Thus, improving machinability of PM steels can definitely reduce their production costs. Among the various measures known to improve machinability of PM steels, addition of machining aids, either as admixed or pre-alloyed, is the most popular one. There are tens of different elements and compounds that can improve machinability at different levels. Nevertheless, their negative effects on other properties of PM steel components, such as mechanical properties and corrosion resistance, make their utilization somewhat limited. In this study, free graphite particles are introduced as a new additive that not only significantly improve machinability of PM steels, but also does not affect the mechanical and corrosion properties. It was found that it is possible to have free graphite particles in a PM steel, sintered using conventional sintering conditions, by coating the graphite particles. This coating can prevent graphite from diffusing into the iron matrix during sintering. In this research, nickel coated graphite particles were coated with copper through cementation process. A heat treatment was then performed on this newly developed material to have a more uniform single layer coating. The results of mechanical characterization tests on the copper steel sintered samples containing admixed copper/nickel coated graphite particles, either in the form of non-heat-treated or heat-treated, showed that this new additive does not deteriorate static and dynamic mechanical properties of PM steels. Moreover, the corrosion resistance of the samples containing copper/nickel coated graphite was found to be the same as samples without additive. The effects of non-heat-treated and heat-treated copper/nickel coated graphite on machinability of PM steels were also characterized using drilling test. It was seen that this new additive can significantly improve machinability through reducing the required cutting force.

La conception parasismique moderne est toujours en évolution afin de trouver des solutions pour améliorer la performance des structures, pendant des évènements tels que les séismes, tout en demeurant une option économique. Les diagonales ductiles confinées (DDC) sont devenus un choix intéressant comme système de résistance aux charges sismiques, en combinant la grande rigidité latérale des cadres à treillis concentriques avec une très bonne capacité de dissipation d’énergie. Toutefois, ce système est enclin à de grandes flèches latérales permanentes, causées par une faible rigidité suivant la plastification de la diagonale, ce qui pourrait probablement être résolu par l’utilisation d’un matériau possédant une bonne capacité d’écrouissage comme matériau pour le noyau ductile de la DDC. Dans cette étude, des éprouvettes machinées à partir de plaques d’acier inoxydable austénitique 304L et d’acier au carbone 350WT ont été testées sous des chargements de traction ainsi que des chargements cycliques à amplitude de déformation constante et à amplitude de déformation variable, dans le but de caractériser et de déterminer la faisabilité pour l’introduction de l’acier inoxydable 304L comme matériau de noyau ductile pour les DDC. Les résultats des essais de traction ont démontré que l’acier 304L présente un écrouissage et une ductilité plus importante que l’acier au carbone. De plus, une relation décrivant le comportement en contrainte-déformation vraie a été calée basée sur l’analyse d’image. Les résultats des essais cycliques à amplitude constante ont démontré que l’acier inoxydable 304L présente un plus grand durcissement cyclique que l’acier au carbone avec des contraintes maximales cycliques atteignant jusqu’à près de 3 fois la valeur de la limite élastique. En contrepartie, l’acier au carbone a démontré une meilleure durée de vie en fatigue oligocyclique que l’acier inoxydable. Les résultats des essais cycliques à amplitude variable ont, quant à eux, été utilisés pour caler un modèle d’écrouissage mixte représentant chacun des matériaux afin d’effectuer une simulation numérique d’un test de qualification pour DDC en utilisant le logiciel Abaqus. / Contemporary seismic design is constantly evolving in search of innovative and economic solutions to enhance the performance of structures during earthquakes. Buckling-restrained braces (BRBs) have evolved as an effective seismic load-resisting system, combining high lateral rigidity of concentrically braced frames with high energy dissipation capacity. However, BRBs are prone to large residual drifts, resulting from a low-post yield stiffness of the brace component. This could be resolved by using a material with a high strain hardening capacity, as the core plate material of the BRB or one of the core plates in a multi-plate configuration. This research aims at characterizing the austenetic stainless steel 304L in order to examine the feasibility of introducing this material as a core plate material oin BRBs. In this study, coupons machined from stainless steel 304L and carbon steel 350WT plates were tested under monotonic tensile loading and cyclic loading at both constant and variable cyclic strain. Results from the monotonic tensile tests showed that the 304L steel exhibits higher strain hardening and higher ductility character than the carbon steel. From these tests, a relation describing the true stress-strain behavior of the 304L steel was calibrated using image analysis techniques. Results from the constant amplitude cyclic tests showed that 304L stainless steel exhibits higher cyclic hardening with maximum cyclic stress values up to about three times that of the yield stress. On the other hand, the carbon steel showed higher low-cycle fatigue life. Results from the variable amplitude cyclic tests were used to calibrate the nonlinear kinematic-isotropic hardening model for both materials for use in a numerical simulation of the novel BRB in seismic vulnerability assessment studies.

Dans le cadre du programme de recherche sur les matériaux de gainage pour les réacteurs à neutrons rapides au sodium, les aciers renforcés par dispersion d’oxydes (ODS) sont envisagés pour leur excellente résistance à l’irradiation et leur tenue mécanique à haute température. Néanmoins, des difficultés sont rencontrées quant à la maitrise de leur élaboration et de leur mise en forme, ainsi que sur la prédiction de leur comportement en fluage. Les travaux présentés visent à améliorer la compréhension des mécanismes de fluage d’aciers ferritiques renforcés par dispersion et à étudier les voies d’amélioration possible.Dans un premier temps, le fluage d’aciers ferritiques renforcés par dispersion obtenus par cobroyage et extrusion à été étudié grâce à deux aciers ODS à 14pd.% Cr et 18pd.%Cr, ainsi qu’un acier 18pd.%Cr renforcé par dispersion de nitrures (NDS). Une caractérisation mécanique et microstructurale (SEM – EBSD – EDX et STEM) d’éprouvettes sollicitées en fluage à respectivement 650°C et 800°C est réalisée les aciers ODS Fe18Cr et Fe14Cr. La faible déformation et la rupture brutale classiquement observée sur ce type d’acier est mise en évidence. La diminution continue de leur vitesse de déformation et l’absence d’évolutions microstructurales indiquent que le fluage se produit essentiellement dans le stade primaire. L’acier ferritique NDS a ensuite été étudié. Un phénomène de déformation superplastique (plus de 110%) a été mis en évidence à 650°C en traction entre 10-3 s-1 et 10-2 s-1, ainsi qu’une recristallisation dynamique continue au dessus de 10-2 s-1. En fluage à 650°C, l’acier NDS présente une faible déformation (moins de 1%) et une rupture brutale : il s’agit donc d’un comportement générique des aciers ferritiques renforcés par dispersion, indépendamment du type de précipité. La déformation se produisant lors du stade primaire du fluage, le comportement de ces aciers ODS et NDS a été modélisé en se basant sur l’approche de Kocks et Mecking, fondée sur l’activation thermique du glissement après franchissement des précipités par montée ou glissement dévié. Ce modèle fournit une origine physique à la contrainte seuil observée lors du fluage des aciers ODS. La déformation en fluage des deux ODS et de l’acier NDS a été simulée à partir de coefficients déterminés expérimentalement et de paramètres optimisés. Les lois de Norton, les densités de dislocation et les limites élastiques simulées sont cohérentes avec les valeurs obtenues par les essais de fluage, de traction et des mesures (STEM – EFTEM) de la densité de dislocations. Une investigation des causes de rupture brutale en fluage a ensuite été menée sur l’ODS 14pd.%Cr : grâce à un essai de fluage interrompu à 800°C alterné avec des recuits à 1050°C, la rupture brutale a été retardée et une déformation de 1.5% a été atteinte. Un suivi de l’endommagement par tomographie X et un essai de fluage après vieillissement semblent éliminer l’endommagement macroscopique et la phase σ comme cause de la rupture brutale. Un scénario basé sur une déformation critique a été proposé. Pour finir, les difficultés liées à la mise en forme des ODS ferritiques ont conduit à concevoir une nouvelle nuance ODS martensitique à 11pd.% Cr et à évaluer un nouveau procédé d’atomisation de poudres (GARS). Il apparait que la compaction directe après atomisation par la voie alternative n’améliore pas les performances de ces aciers. En revanche, après broyage, la nouvelle composition présente un potentiel intéressant en traction et en fluage à 650°C. / Within the French research program for Sodium Fast Reactor (SFR) core material, oxide dispersion strengthened (ODS) steels are considered for their resistance to irradiation swelling and their good creep properties at high temperature. Their elaboration, their processing and their creep mechanism still represent challenges for material science. The aim of this work is to improve the understanding of the creep mechanisms and to investigate new fabrication route to improve these materials.First, the creep of dispersion strengthened ferritic steels produced by mechanical alloying and extrusion is studied, based on two ODS steels with 14wt.%Cr and 18wt.%Cr, and a nitride dispersion strengthened (NDS) steel with 18wt.%Cr. A microstructural (SEM-EBSD-STEM) characterization has been carried out on the two ferritic ODS steels loaded at 650°C and 800°C: a low creep strain (<0.5%) and a brutal fracture are observed. The continuous decrease of the creep rate without any microstructural change indicates a late primary stage. Then the tensile and creep behaviors of the NDS ferritic steel have been studied: a superplastic deformation, up to 110%, has been evidenced at 650°C between 10-3 s-1 and 10-2 s-1, as well as a continuous dynamic recrystallization at strain rate higher than 10-2 s-1. However, during creep tests at 650°C, the NDS steel presents the same characteristics as the ODS steels: low creep strain and brutal fracture. This behavior seems to be generic for dispersion strengthened ferritic steels obtained by mechanical alloying, regardless the type of precipitate. As the deformation occurs during the primary stage, a Kocks and Mecking model has been developed based on the thermal activation of the dislocation glide after crossing the precipitate by climb or cross-slip. This model provides a physical explanation for the threshold stress observed during the creep of ODS steels. The creep strain of the two ODS steels and the NDS steel has been simulated with experimentally determined coefficients and fitted parameters. The simulated Norton laws, dislocation density and yield stress are consistent with experimental data obtained respectively by the creep tests, by dislocation density determination (STEM-EFTEM) and tensile tests. An investigation of the creep fracture mechanisms has been performed. The creep fracture was delayed using high temperature heat treatments at 1050°C between interrupted creep tests at 800°C on the Fe14Cr ODS steel and a total elongation of 1.5% has been reached by this means. By analyzing X-ray tomography and creep test after ageing treatment, it appears that the macroscopic elongated cavities and sigma phase are not likely to explain the brutal fracture, therefore a scenario based on a critical deformation is proposed. Finally, the processing difficulties of the ferritic ODS steel lead to the design of a new martensitic 11wt. % Cr ODS steel and the evaluation of a new atomization process (GARS). This new atomization process did not improve the mechanical properties of these steels. However, after milling, encouraging results are observed since the first mechanical and microstructural characterizations displayed good tensile and creep properties.

Les nombreux avantages de l’acier haute-performance (HPS) ont suscité un grand intérêt pour les structures de ponts aux États-Unis. Il pourrait être aussi bénéfique d’introduire ce matériau moderne au Canada, mais la résistance en fatigue et la viabilité économique n’ont pas été bien caractérisées. Dans le cadre d’un projet de pont spécifique au Canada, un détail critique en fatigue sur une poutre d’acier hybride a été identifié et reproduit à l’échelle réelle. Un programme expérimental a permis de tester quatre (4) échantillons afin de comparer leur résistance avec la norme CAN/CSA (2006). Considérant un nombre de données insuffisantes pour l’instant, il n’est statistiquement pas possible de juger de la réelle résistance en fatigue du détail ciblé. Une étude de coûts a également été complétée. Selon les configurations étudiées, les économies peuvent atteindre 6% à 20% seulement par l’utilisation de poutres hybrides avec HPS, comparativement à des poutres d’acier conventionnelles. / The numerous benefits of high performance steel (HPS) raised great interest in bridge structures in the United States. It could be as positive to introduce this modern material in Canada, but the fatigue resistance and economic have not been well characterized. As part of a specific bridge project in Quebec, a critical fatigue detail on a hybrid steel girder has been identified and reproduced to scale. An experimental program was used to test four (4) samples to compare their fatigue strength with CAN/CSA (2006). Considering the insufficient number of data for the moment, is it statistically impossible to specify the actual fatigue resistance of the target detail. A cost study was also conducted. According to the configurations studied, the savings can reach 6% to 20% only by the use of hybrid girders system with HPS, compared to conventional steel girders.

Les aciers au nickel sont fréquemment utilisés pour produire des pièces en métallurgie des poudres (MP) lorsqu'une bonne résistance mécanique, une bonne ténacité et une bonne résistance à l'usure sont nécessaires. Dans ces aciers, le nickel est majoritairement ajouté sous forme de particules de nickel pur, mais étant donné sa faible diffusivité dans le fer aux températures conventionnelles de frittage (1120-U50°C (~ 2050-2100°F)), il y a souvent formation de zones riches en nickel (NRA) lors du frittage. Par conséquent, la microstructure de ces aciers est hétérogène et est constituée de perlite, de bainite, de martensite et d'austénite résiduelle. Néanmoins, la littérature offerte aux producteurs de pièces en MP est nébuleuse quant à la répartition du nickel prémélangé suite au frittage et à son effet sur la microstructure. De plus, il semble y avoir une contradiction entre la faible résistance mécanique de l'austénite, retrouvée dans les NRA qui sont situées à des endroits névralgiques pour l'intégrité physique de la pièce, et les hautes résistances mécaniques rapportées par la littérature pour les aciers au nickel produits par MP. Dans ce contexte, les travaux de recherche présentés dans cette thèse visaient à : caractériser les principaux mécanismes de diffusion du nickel dans le fer, ainsi que son influence sur la microstructure et les propriétés mécaniques des pièces frittées; évaluer l'hypothèse qu'il y a formation de martensite induite par la déformation plastique (a') dans les NRA lors des essais mécaniques; déterminer si l'addition d'une faible proportion de nanoparticules de nickel à un mélange d'acier au nickel peut résulter en une distribution plus uniforme du nickel prémélangé dans les pièces frittées. Les résultats démontrent : que le nickel se distribue principalement dans le fer à l'aide des mécanismes de diffusion de surface et de diffusion aux joints de grains; qu'il y a formation de a' dans les NRA lors des essais mécaniques et que la proportion formée est proportionnelle à la concentration de nickel prémélangé; que l'ajout de nanoparticules initie les mécanismes de diffusion à plus basse température et produit moins de NRA, sans pour autant améliorer les propriétés mécaniques statisques des pièces finales.

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