Les aciers avancés à haute résistance (AHSS) de 3ème génération ont l’avantage de combiner résistance et ductilité. Ces aciers multi-phasés sont appréciés pour les applications dans l’industrie automobile pour leurs propriétés mécaniques, dues notamment à la présence d’austénite métastable permettant une transformation induite par la plasticité (effet TRIP- Transformation Induced Plasticity).L’objectif de ce travail a été d’étudier l’effet du microalliage sur les transformations de phases et la précipitation dans de tels aciers. Trois nuances ont été étudiées : une référence sans microalliage, une avec ajout de niobium et une avec ajout de vanadium. Elles ont été caractérisées au fil de la route métallurgique composée d’un recuit intermédiaire et d’un recuit final caractéristique des aciers bainitiques à effet TRIP.Des méthodes ex-situ et in-situ ont été mises en oeuvre. Les caractérisations in-situ pendant les traitements thermiques incluent une étude des transformations de phases par diffraction de rayons X à haute énergie (HEXRD) et une étude de la précipitation par diffusion de rayons X à petits angles (SAXS), utilisant le rayonnement synchrotron.La morphologie des grains a été observée par microscopie optique et diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD) au Microscope Electronique à Balayage (MEB). L’imagerie des précipités a été effectuée par Microscopie Electronique en Transmission (MET) en imagerie en champ sombre, leur composition a été précisée par analyse dispersive en énergie (EDS) et leur localisation étudiée grâce à l’outil de nano-diffraction ACOM/ASTAR.L’ensemble de ces expériences a permis de mettre en évidence l’effet du traitement thermique et de la composition chimique sur la quantité d’austénite présente ainsi que sur sa teneur en carbone, qui sont les principaux paramètres contrôlant l’effet TRIP. La présence du microalliage se traduit par des variations de ces paramètres, liés à la fois à la présence de précipités contenant ces éléments et à leur présence en solution solide. / 3rd generation Advanced High Strength Steels (AHSS) have the advantage of combining strength and ductility. These multi-phase steels are appreciated for applications in the automotive industry for their mechanical properties, notably due to the presence of metastable austenite allowing Tranformation Induced Plasticity (TRIP effect).The objective of this work was to study the effect of microalloying on phase transformations and precipitation in such steels. Three grades have been studied: a reference without microalloying, one with niobium addition, and one with vanadium addition. They have been characterised through the metallurgical route composed of an intermediate annealing, following by a final annealing characteristic of TRIP-assisted bainitic steels.Both ex-situ and in-situ methods have been applied. In-situ characterisation during thermal treatments includes phase transformation study by High-Energy X-ray Diffraction (HEXRD) and precipitation study by Small Angle X-ray Scattering (SAXS), both performed with synchrotron radiation.Grain morphology has been observed by optical microscopy and Electron Back-Scatter Diffraction (EBSD) in a Scanning Electron Microscope (SEM). Imaging of precipitates has been made in Transmission Electron Microscopy (TEM) via dark-field imaging, their composition has been evauated by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and their localization studied thanks to the nano-diffraction tool ACOM/ASTAR.All these experiments made it possible to highlight the effect of heat treatment and chemical composition on the amount of austenite present and on its carbon content, which are the main parameters controlling the TRIP effect. The presence of the microalloying results in variations in these parameters, related both to the presence of precipitates containing these elements and to their presence in solid solution.

L’allégement des véhicules est l’un des objectifs prioritaires des constructeurs automobile pour répondre aux directives environnementales d’émission de CO2. Le développement des aciers multiphasés à très haute résistance mécanique est l’une des solutions communément adoptées pour réduire l’épaisseur des tôles dans les véhicules tout en conservant leur capacité à assurer la sécurité des passagers. La présente étude porte sur l’optimisation des paramètres du procédé de production industrielle de l’une des ces familles d’aciers : les aciers Dual Phase microalliés au titane et au niobium de haut grade ; c'est-à-dire possédant une résistance à la rupture supérieure à 800MPa.A partir d’une microstructure initiale bainite + martensite laminée à froid, les différents phénomènes se produisant au cours du recuit, de la chauffe jusqu’à la fin du maintien intercritique, sont caractérisés. L’influence des paramètres du recuit comme la vitesse de chauffe, la température et le temps de maintien est étudiée. Le système d’interactions triple entre la précipitation des éléments de microalliage, la recristallisation et la formation de l’austénite est au cœur du problème. Un scénario des évolutions microstructurales a été établi à partir de la caractérisation des divers phénomènes. La finesse de la microstructure étudiée (sub-micrométrique) a nécessité l’emploi combiné de techniques de caractérisation multi-échelles : MEB, MET, sonde atomique tomographique, nano-SIMS. / Lightening the weight of vehicles is one of the main challenging objectives of the automotive industry to reach the environmental regulation in term of CO2 emissions. The development of multiphase high strength steels is a common solution to reduce the thickness of sheet steel used in vehicles while keeping the same level of passenger’s safety requirements. The present study deals with the optimization of industrial process parameters applied to obtain one of these steels: the high strength microalloyed Dual Phase steels; i.e. with ultimate tensile strength superior to 800MPa.From an initial cold rolled microstructure made of bainite + martensite, the phenomena occurring during the annealing are characterized since the heating up to the end of the intercritical holding. The influence of process parameters as the heating rate, the holding temperature and the holding time are studied. The triple interactions system between the precipitation of microalloying elements, the recrystallization and the austenite formation is the core of the problem. A scenario of microstructural evolutions has been established based on the characterized phenomena. The studied fine microstructure (sub-microns) requires the combination of multiscale characterization techniques: SEM, TEM, atom probe tomography, nano-SIMS.

Les aciers multiphasés à très haute résistance mécanique destinés à l’industrie automobile font l’objet d’importantes activités de recherche et développement dans le contexte de l’allègement des structures. L’obtention de meilleurs compromis entre résistance et ductilité nécessite de comprendre l’influence du couple composition chimique nominale – paramètres du procédé d’élaboration sur la formation des microstructures.La présente étude s’inscrit dans cette démarche de compréhension et porte en particulier sur les mécanismes se produisant lors du recuit des nuances d’aciers Dual Phase de haut grade microalliés au Ti et au Nb, dont la microstructure initiale laminée à froid est composée de bainite et de martensite. Ces mécanismes (précipitation des éléments de microalliage Ti, Nb et Mo, recristallisation de la ferrite et formation de l’austénite) présentent des interactions complexes. Le scénario des évolutions microstructurales lors du recuit est caractérisé à l’aide d’une étude expérimentale s’appuyant sur des techniques d’analyses complémentaires à différentes échelles (DRX in situ, MEB, MET, SAT). L’influence respective des éléments de microalliage Ti, Nb et Mo et des paramètres du recuit sur ce scénario est clarifiée à l’aide d’une caractérisation systématique des évolutions microstructurales couplée à la mise en œuvre d’une démarche de modélisation des mécanismes et de leurs interactions. / To meet the need for weight reductions in the automotive industry, new advanced high-strength steels are being developed. The achievement of a better balance between high strength and high formability requires a deep understanding of both the effect of chemical composition and processing parameters on the formation of microstructures. The present work contributes to such an objective and deals with the mechanisms occurring during annealing of Dual Phase steels microalloyed with Ti and Nb. Microstructural changes during this stage include precipitation of microalloying elements, ferrite recrystallization and austenite formation. These mechanisms are investigated using complementary experimental techniques at different scales such as in situ XRD, SEM, TEM and APT in various Dual Phase steel grades having the same bainite-martensite initial cold-rolled microstructure. Using combined experimental and modeling approaches, the present work clarifies the separate influence of microalloying elements Ti, Nb and Mo and heating rate on the mechanisms occurring during annealing and their interactions.

Les alliages métalliques amorphes, appelés aussi verres métalliques connaissent un intérêt grandissant, de par leurs propriétés remarquables comparées à celles des alliages métalliques cristallins, comme par exemple, une haute limite élastique due à l’absence de dislocations, une résistance élevée à la corrosion provoquée par l’absence de microstructure, ou encore un faible module de Young. Ce dernier point est intéressant pour une application en tant que biomatériaux, dans le but d’éviter les phénomènes d’ostéolyses. Cependant, ce type de matériaux possède deux inconvénients majeurs : (i) un manque de déformation plastique, ainsi (ii) qu’une taille critique faible, provoquée par la nécessité d’avoir une vitesse de refroidissement très élevée. Pour pallier ce problème, l’ajout d’éléments avec un petit rayon atomique, comme le béryllium ou l’aluminium, est fréquemment employé. Cependant, ces éléments peuvent même être dangereux pour le corps humain, sous forme d’ions relargués. L’objectif de cette thèse est donc, tout d’abord, de développer de nouvelles nuances de verres métalliques complètement biocompatibles, puis de définir des axes d’amélioration pour augmenter la taille critique, ainsi que la ductilité de ces matériaux. Dans une première partie, deux nouvelles compositions biocompatibles ont été développées, la première a été réalisée dans l’objectif d’obtenir un biomatériau résorbable, base Mg. La seconde a permis d’étudier un biomatériau de renfort, base Zr. Mais les éléments tels que le Be ou Al sont difficiles à éviter car ils jouent un rôle sur le diamètre critique et les propriétés mécaniques. Ainsi, dans un second temps, l’objectif a été de trouver des voies d’amélioration, tant au niveau procédé de fabrication, qu’au niveau de la composition du matériau. Premièrement, en utilisant un système déjà connu, Cu-Zr-Ti, l’addition de terre-rares, comme l’yttrium, a été étudiée. En ajoutant 1% atomique d’yttrium au système, la déformation plastique a été augmentée de 2 points, ainsi que la résistance à la corrosion et la biocompatibilité. La formation de précipités d’Y2O3, créant des zones cristallisées, semblent être responsables d’une augmentation de la ductilité. Une autre technique de mise en forme, par la métallurgie des poudres, a pu être abordée. La vitesse de refroidissement par atomisation, très élevée, permet d’obtenir une poudre complètement amorphe, même pour des systèmes présentant une faible aptitude à former des verres. Aussi, l’élaboration de composites alliant poudres amorphe et cristalline est possible est possible par frittage. Enfin, le rôle du pré-cyclage mécanique et de la vitesse de déformation sur les mécanismes de déformation ont été étudiés en associant simulation par dynamique moléculaire et essais de compression quasi-statiques. Une homogénéisation de la déformation, dûe au pré-cyclage, semble être responsable de l’augmentation de ductilité. / Metallic glasses exhibit improved properties compared to pure crystalline metals, as for example, a high strength and a high corrosion resistance, due to the absence of microstructure and also a low Young modulus. This last feature is interesting for use as biomaterials to prevent bone osteolysis. However, these materials exhibit two main drawbacks: a lack of ductility and a small critical size. To improve these points, most parts of the glasses for biomedical applications still contain toxic elements, such as Be or Al. This work aims to find new fully biocompatible compositions of metallic glasses and suggest three solutions to remedy some issues, based on micro-alloying, powder metallurgy and deformation mechanisms understanding. In the first part of the work, two new compositions for metallic glasses were elaborated: a Mg-Ca-Au-Yb system for use as bioresorbable materials and a Zr-based glassy system for use as reinforcement materials. A complete study on the processing and the characterization of the samples has been conducted: thermal stability, also corrosion properties, cytotoxicity and mechanical properties are also crucial to characterize for a use as biomaterials. However, trying to use only biocompatible elements considerably reduces the possibility to obtain fully amorphous large diameter samples. In that respect, the other part of the work consists to study the possible ways of increasing the samples size, using an Al-free, Ni-free well-known system: Cu-Zr-Ti. First, yttrium additions in the Cu-Zr-Ti system has been investigated. The optimum amount of yttrium to add and the characterization of this material was conducted. 1 at. % of Y in the Cu-Zr-Ti leads to an increase of 2% of plastic strain, of the corrosion resistance, and biocompatibility. The microstructure was precisely studied using Transmission Electron Microscopy (TEM) observations and some explanation about this improvement can be discussed. To the author knowledge, for the first time, yttrium nano-precipitates with a core-shell structure were observed. This leads to an improvement of the ductility of the material, due to the nano-crystallized areas induced by the precipitates. Moreover, a new process, the powders metallurgy with Spark Plasma Sintering (SPS) allows the creation of larger sintered samples. Indeed, the high cooling rate of the atomization allows to obtain fully amorphous powder, even for low GFA systems. Processing of ex-situ composites samples, adding some ductile particles in the amorphous matrix. At last, the role of the mechanical pre-cycling and of the strain rate on the elementary deformation mechanisms were investigated using both atomistic simulation and compressive mechanical tests. A homogenization of the deformation, caused by the pre-cycling, seems to improve the ductility.