L’objectif de cette thèse est d’aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes de ségrégation du bore aux joints de grains austénitiques (γGB) et de leur effet sur la décomposition de l’austénite. En effet, l’addition de très faibles quantités de bore comme élément d’alliage permet d’augmenter de manière remarquable la résistance mécanique des aciers à très haute résistance. Cet effet est lié à l’état du bore aux γGBs qui décale la cinétique de décomposition de l’austénite.Tout d’abord, la distribution du bore dans la microstructure a été identifiée de manière très précise à l’aide des analyses de la même zone par Nano-SIMS et par MEB. De plus, le couplage de la sonde atomique tomographique et du Nano-SIMS a apporté une meilleure quantification de l’état du bore dans la microstructure. Ces études ont été réalisées après différents traitements thermiques qui ont été conçus spécifiquement pour étudier séparément chaque mécanisme. L’ensemble de ces résultats permet d’écarter la contribution de la ségrégation hors équilibre et confirme la présence d’un équilibre local entre les γGBs et la solution solide dans leurs voisinages. Par conséquent, le niveau de ségrégation du bore aux γGBs est contrôlé par l’état de précipitation des borures qui définit la concentration du bore en solution solide.Par ailleurs, des mesures de DRX in situ et de dilatomètrie ont été effectuées afin de suivre les cinétiques de formation de la bainite. Les résultats montrent que la cinétique de formation de la bainite est retardée en augmentant la quantité de bore ségrégé, par contre l’augmentation de la taille de grain austénitique l’accélère. / The aim of this thesis is to lead to a better understanding of the mechanisms of boron segregation at austenite grain boundaries (γGB) and its effect on the austenite decomposition. Indeed, the small quantity of boron as alloying element remarkably improves the mechanical resistance of the advanced high strength steels. This effect is related to the boron state at γGBs, which delays the kinetics of austenite decomposition.The boron distribution in the microstructure was precisely identified thanks to the analyses of the same field by using correlative nano-SIMS and SEM. In addition, the coupling of APT and nano-SIMS provided a better quantification of the boron state in the microstructure. These studies were performed after different heat treatments, which were specifically designed to study separately each mechanism. The results excludes the contribution of non-equilibrium segregation mechanism on boron segregation at γGBs and confirm the local equilibrium between the γGBs and the solid solution at the γGBs vicinity. Consequently, the level of boron segregation at γGBs is controlled by boride precipitation, which controls the concentration of boron in solid solution.Measurements of in situ XRD and the dilatometry were performed in order to follow the kinetics of bainite formation. The specific heat treatments were applied before bainite formation in order to study the effect of boron segregated amount at γGBs and the austenite grain size. These results show that the kinetics of bainitic transformation is delayed by the increase of boron segregated amount. Whereas, the increasing of austenite grain size accelerates the kinetics of bainitic transformation.

Nos travaux ont porté sur la caractérisation de l’influence du cuivre sur la trempabilité. Vu le manque d’information concernant ce sujet, notre étude s’est fixée comme objectif général la caractérisation de l’effet du cuivre préallié et prémélangé sur la trempabilité des aciers MP (fabriqués par métallurgie des poudres). Dans un premier temps, l’étude vise à comparer l’effet du cuivre préallié (Cu p) et prémélangé (Cu m) sur la trempabilité et les propriétés mécaniques finales. Ensuite, elle tentait de prouver l’existence d’effet synergique entre le cuivre et le molybdène. Les résultats ont permis de démontrer l’influence de cuivre sur la trempabilité en fonction de l’étendue de notre étude. Ainsi, la distribution spatiale du cuivre dans la matrice de fer et son pourcentage, qui résultent de sa méthode d’addition et des conditions de traitement, affectent sa participation à la trempabilité et par la suite les propriétés mécaniques finales. En plus, d’après le plan d’expériences utilisé, le cuivre participe d’avantage à la trempabilité avec un effet synergique avec le molybdène. Il est aussi intéressant de mentionner que, dans les conditions de notre étude, l’effet du cuivre préallié sur la compressibilité est très faible (+4 %) par rapport au cuivre prémélangé. À un taux de refroidissement supérieur à 1,6 °C/s, l’addition de 2 %-pds de cuivre prémélangé et/ou préallié permet de former de la martensite. En effet, additionné sous forme préallié, 2 %-pds de cuivre permet de transformer 90,8 %-vol de la microstructure en martensite et ce, en respectant un taux de refroidissement de 2 °C/s. Cette microstructure est homogène. Ainsi, malgré la faible densité, cette microstructure améliore la dureté apparente et le module de rupture transversale d’à peu près 20 points sur l’échelle HRB et de 500 MPa respectivement et ce, pour un taux de 2,0 °C/s par rapport à l’acier Fe-0.6C-0.85Mo. D’autre part, le même pourcentage de cuivre additionné sous forme prémélangé permet la formation de 30 %-vol de martensite qui se concentre près des joints des grains. La microstructure est dans ce cas hétérogène. Pour les densités de pièces considérées, leurs propriétés mécaniques sont peu affectées par ce changement microstructural. / This study aims at understanding and quantifying the difference between the effects of premixed and prealloyed copper on hardenability. Given the lack of information concerning this subject, our study has set as general objective the characterization of the effect of prealloyed and premixed copper on the hardenability of PM steels. First, our study aims to compare the effect of prealloyed and premixed copper on the hardenability and the final mechanical properties. Then, it tried to prove the existence of synergistic effect between copper and molybdenum. According to the results, molybdenum and copper are the main parameters controlling hardenability within the scope of our study. In fact, spatial distribution of copper in the iron matrix and its percentage, which result from its method of addition and the condition of heat treatment, affect its participation in hardenability and consequently the final mechanical properties. Moreover, copper takes part in hardenability with a synergistic effect with molybdenum. It is also interesting to mention that for the conditions of our study, the effect of prealloyed copper on compressibility compared to premixed copper is very low (+ 4%). In fact, at a 1,6 °C/s cooling rate, the addition of 2 %-wt premixed and /or prealloyed copper allows the formation of martensite. Indeed, added as prealloyed, 2 %-wt copper transforms 90,8 %-vol of the microstructure into martensite using a cooling rate of 2 °C/s. Moreover, the obtained microstructure is homogeneous. Despite its low density, this microstructure improved apparent hardness by 20 points on HRB scale and 500 MPa for transverse rupture strength (TRS) using a cooling rate of 2 °C/s. On the other hand, with the same weight percent, premixed copper transforms only 30 %-vol of the microstructure into martensite. Moreover, the obtained microstructure is heterogeneous. For the range of green densities studied, it appears that this microstructure has little effect on mechanical properties.

La compagnie Les Forges de Sorel est un acteur important dans le domaine de la production de pièces d'acier forgées de forte dimension destinées au secteur du moulage par injection de matière plastique. Le potentiel de trempe des aciers actuellement utilisés n'étant plus assez grand pour combler les exigences grandissantes de l'industrie du moulage, le développement de nouveaux alliages avec une trempabilité améliorée s'est imposé. Pour le présent projet, un ajout de vanadium jusqu'à 0,35% poids à l'acier SF2050 a permis d'améliorer la trempabilité de façon à pouvoir augmenter section carrée d'une pièce forgée jusqu'à 88% et ainsi atteindre une section de 2,35m2 (3643p02). De plus, l'ajout de vanadium à permis d'améliorer la résistance à l'impact de l'acier, d'augmenter la limite élastique de 25% jusqu'à 1000MPa et d'accroître la dureté lors du revenu de 24%. Par ailleurs, une étude préliminaire sur l'effet d'une addition de 38ppm de bore sur la trempabilité de l'acier SF2050 à permis d'augmenter la section carré d'une pièce forgée de 400%. La section carrée d'une pièce forgée peut ainsi atteindre 6,27m2 (9714po2). Finalement, l'ajout de 0,15% poids de vanadium à la nuance SF2000 permet de remplacer l'effet de 0,5% poids de nickel et ainsi d'atteindre le niveau de trempabilité de l'acier SF2050.

L'industrie automobile demande sans cesse des manufacturiers de pièces fabriquées par métallurgie des poudres des produits présentant des propriétés mécaniques supérieures tout en minimisant les coûts. L'emploi des poudres autotrempantes est particulièrement bien adapté pour répondre à ses demandes, car ces dernières permettent la trempe directe à la fin du cycle de frittage, éliminant ainsi les étapes supplémentaires habituellement nécessaires pour le traitement thermique. Cette thèse présente les résultats de la modélisation de l'influence des éléments préalliés et prémélangés sur l'optimisation de la compressibilité et de l'autotrempabilité. La planification d'expériences a été utilisée afin de minimiser le nombre d'expériences nécessaires afin de caractériser l'effet des différents facteurs étudiés. De petites quantités de poudres atomisées ont été produites par atomisation à l'eau au laboratoire de métallurgie des poudres de l'Université Laval. Un premier plan d'expériences a permis d'étudier l'effet d'éléments préalliés (nickel, chrome, molybdène et manganèse) et prémélangés (nickel, chrome, cuivre et manganèse). Les propriétés mécaniques ont aussi été mesurées. Un deuxième plan d'expériences a été construit à partir des résultats obtenus lors de la première série. Les résultats montrent que de tous les éléments étudiés, seuls le nickel, le chrome et le molybdène préalliés ont un effet significatif sur la compressibilité et l'autotrempabilité. De plus, pour l'intervalle de composition chimique étudié, la composition chimique de la poudre qui optimise la compressibilité et l'autotrempabilité est : 1,5%-pds Ni, 0,40-0,55%-pds Cr et 1,00-1,25%-pds Mo.