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International audience; This paper deals with the results of an investigation of low-temperature martensitic transformation in a metastable PuGa 1 at.% alloy. The kinetics of this process were studied experimentally via in situ XRD characterizations performed during isothermal holds. This revealed a double-C Time–Temperature–Transformation diagram similar to that reported in the literature for enriched alloys. The originality of our results lies in the demonstration of the existence of different martensite morphologies corresponding to the upper and lower parts of the TTT diagram. These microstructural variations seem to be the result of different accommodation mechanisms.The experimental nucleation rate study has suggested an autocatalytic character of the isothermal martensitic nucleation process as well as a large sensitivity to elastic and plastic strain. Indeed, the incubation period and subsequent increase in nucleation rate could be related to the appearance of new embryos rather than the growth of existing plates, while the partial character of the transformation may be attributed to interactions between plates that are being formed in the two-phase delta + alpha′ alloy. These hypotheses have been confirmed by the classical heterogeneous nucleation approach by Pati and Cohen, which takes into account the autocatalytic character of the transformation. This approach has also indirectly revealed the existence of restraining forces that reflect a high sensitivity of the energy barrier for nucleation to the alpha′ phase amount.

There are nowadays major driving forces for the development of Advanced High Strength steels presenting enhanced formability properties for automotive applications. This PhD-work is part of a research project that aims at producing complex phase (CP) steels by hot rolling, seeking for an enhanced combination of strength and stretch flangeability. Thus, this PhD-work focused on the description and the understanding of the microstructural evolutions during the various steps of the hot rolling process of low carbon microalloyed steels. First, the evolution of the precipitation state and austenite grain sizes during the reheating stage of hot rolling were studied. A precipitation model was developed and coupled to a simple grain growth model based on Zener pinning to describe microstructural evolutions that occurs during reheating. Then, the microstructural evolutions occurring after the hot rolling deformation passes were analyzed. The kinetics of austenite recrystallization and strain-induced precipitation were determined by stress relaxation and direct microstructural observations. Models were also developed for describing these microstructural evolutions. A final chapter focused on establishing the relationships between the hot rolling parameters, the microstructures, and the mechanical properties obtained. The phase transformation during continuous cooling was established, including the effect of austenite deformation. Then, six different hot rolling processes were applied, and the resulting microstructures and mechanical properties were extensively characterized. This PhD-work provided a better understanding of the microstructural evolutions taking place during hot rolling and of the resulting microstructures and mechanical properties. The modeling work presented could extended to the study of other alloys. Several strategies for improving the combination of strength and stretch flangeability were proposed., Il existe actuellement une dynamique de développement d’aciers à très haute résistance, destinés à l’industrie automobile, et présentant des propriétés de formabilité améliorées. Ces travaux font partie d'un projet de recherche qui vise à produire des aciers à phase complexe (CP) par laminage à chaud, en recherchant une combinaison améliorée de résistance et d’aptitude à l’étirement des bordures. Ainsi, ces travaux ont porté sur la description et la compréhension des évolutions de la microstructure au cours des différentes étapes du laminage à chaud d’aciers microalliés à faible teneur en carbone. Dans un premier temps, l’évolution de l’état de précipitation et de la taille des grains austénitiques au cours du réchauffage des brames ont été étudiés. Un modèle de précipitation a été développé et couplé à un modèle de croissance de grain simple basé sur l'épinglage Zener pour décrire les évolutions de la microstructure qui se produisent pendant le réchauffage. Ensuite, les évolutions microstructurales prenant places après la déformation à chaud lors du laminage ont été analysées. Les cinétiques de recristallisation de l'austénite et de la précipitation induite par déformation ont été étudiées par des essais de relaxation de contraintes couplées à observations directes de la microstructure. Des modèles ont également été développés pour décrire ces évolutions microstructurales. Un dernier chapitre a été consacré à l'établissement des relations entre les paramètres de laminage à chaud, les microstructures et les propriétés mécaniques obtenues. Les transformations de phase au cours de refroidissements continus ont été établis, en prenant en compte l’effet de la déformation de l’austénite. Ensuite, six procédés différents de laminage à chaud différents ont été appliqués et les microstructures et propriétés mécaniques résultantes ont été caractérisées de manière détaillée. Ce travail de thèse a permis de mieux comprendre les évolutions de la microstructure se produisant lors du laminage à chaud, ainsi que les microstructures et les propriétés mécaniques qui en résultent. Les travaux de modélisation présentés pourraient s’étendre à l’étude d’autres alliages. Plusieurs stratégies visant à améliorer la combinaison de résistance et d’aptitude à l’étirement des bordures ont été proposées.

There are nowadays major driving forces for the development of Advanced High Strength steels presenting enhanced formability properties for automotive applications. This PhD-work is part of a research project that aims at producing complex phase (CP) steels by hot rolling, seeking for an enhanced combination of strength and stretch flangeability. Thus, this PhD-work focused on the description and the understanding of the microstructural evolutions during the various steps of the hot rolling process of low carbon microalloyed steels. First, the evolution of the precipitation state and austenite grain sizes during the reheating stage of hot rolling were studied. A precipitation model was developed and coupled to a simple grain growth model based on Zener pinning to describe microstructural evolutions that occurs during reheating. Then, the microstructural evolutions occurring after the hot rolling deformation passes were analyzed. The kinetics of austenite recrystallization and strain-induced precipitation were determined by stress relaxation and direct microstructural observations. Models were also developed for describing these microstructural evolutions. A final chapter focused on establishing the relationships between the hot rolling parameters, the microstructures, and the mechanical properties obtained. The phase transformation during continuous cooling was established, including the effect of austenite deformation. Then, six different hot rolling processes were applied, and the resulting microstructures and mechanical properties were extensively characterized. This PhD-work provided a better understanding of the microstructural evolutions taking place during hot rolling and of the resulting microstructures and mechanical properties. The modeling work presented could extended to the study of other alloys. Several strategies for improving the combination of strength and stretch flangeability were proposed.; Il existe actuellement une dynamique de développement d’aciers à très haute résistance, destinés à l’industrie automobile, et présentant des propriétés de formabilité améliorées. Ces travaux font partie d'un projet de recherche qui vise à produire des aciers à phase complexe (CP) par laminage à chaud, en recherchant une combinaison améliorée de résistance et d’aptitude à l’étirement des bordures. Ainsi, ces travaux ont porté sur la description et la compréhension des évolutions de la microstructure au cours des différentes étapes du laminage à chaud d’aciers microalliés à faible teneur en carbone. Dans un premier temps, l’évolution de l’état de précipitation et de la taille des grains austénitiques au cours du réchauffage des brames ont été étudiés. Un modèle de précipitation a été développé et couplé à un modèle de croissance de grain simple basé sur l'épinglage Zener pour décrire les évolutions de la microstructure qui se produisent pendant le réchauffage. Ensuite, les évolutions microstructurales prenant places après la déformation à chaud lors du laminage ont été analysées. Les cinétiques de recristallisation de l'austénite et de la précipitation induite par déformation ont été étudiées par des essais de relaxation de contraintes couplées à observations directes de la microstructure. Des modèles ont également été développés pour décrire ces évolutions microstructurales. Un dernier chapitre a été consacré à l'établissement des relations entre les paramètres de laminage à chaud, les microstructures et les propriétés mécaniques obtenues. Les transformations de phase au cours de refroidissements continus ont été établis, en prenant en compte l’effet de la déformation de l’austénite. Ensuite, six procédés différents de laminage à chaud différents ont été appliqués et les microstructures et propriétés mécaniques résultantes ont été caractérisées de manière détaillée. Ce travail de thèse a permis de mieux comprendre les évolutions de la microstructure se produisant lors du laminage à chaud, ainsi que les microstructures et les propriétés mécaniques qui en résultent. Les travaux de modélisation présentés pourraient s’étendre à l’étude d’autres alliages. Plusieurs stratégies visant à améliorer la combinaison de résistance et d’aptitude à l’étirement des bordures ont été proposées.

Since the last decade, degradable implants for bone fixation have attracted special attention. Among different materials, magnesium appears as a promising candidate due to its unique combination of properties. Magnesium is very well tolerated by the body, it has a natural tendency for degradation and its low elastic modulus helps to reduce stress-shielding effect during bone healing. However, an optimal compromise between mechanical resistance and degradability kinetics has to be achieved. Since calcium is biocompatible and has several beneficial effects on magnesium, the alloy selected for this project is: Mg-2wt.%Ca alloy. To optimize this alloy for implant application, we propose a bulk/surface approach: i.e. tailoring the bulk microstructure by thermomechanical treatments and surface functionalization by additive manufacturing.Hot rolling and extrusion, and equal channel angular pressing (ECAP) have been used to tailor the microstructure. Severe plastic deformation induced by the ECAP process produces the finest grain and second particle phase microstructure. While different microstructural features (dislocations, twins, grain size) can account for the increase of the mechanical strength, the evolution of the corrosion resistance appears as primarily affected by grain size and second phase microstructure. This influence results from the combination of a micro galvanic effect, the dispersion of the second phase Mg2Ca and possibly a more stable oxide layer. Finally ECAP appears as the most efficient processing to improve both mechanical and corrosion behavior.Surface functionalization is achieved by designing a surface pattern using microdeposition with silver nanoparticles to add an antibacterial effect. The deposition is followed by a laser sintering process. A series of deposition were performed to optimize the deposition conditions for silver nanoparticles. The layer topography, the sintering, and the thermal impact of the laser treatment on the substrate microstructure have been characterized by profilommetry, SEM, TEM. A finite element simulation has been realized to describe the thermal effect of the laser treatment. This simulation can be further used for optimizing the patterning deposition process.Combining the bulk and surface approach have permitted to obtain a functionalized magnesium alloy with enhanced properties that can be considered for further biomedical tests.; Depuis la dernière décennie, les implants dégradables pour fixation de fracture connaissent un intérêt grandissant. Parmi tous les matériaux, le magnésium apparait comme un candidat prometteur dû à une combinaison unique de propriétés. Le magnésium est très bien toléré par le corps, il a une tendance naturelle à la dégradation et son faible module élastique peut aider à réduire le stress-shielding durant la reconstitution de l'os. Cependant, une combinaison optimale entre les propriétés mécaniques et la vitesse de dégradation doit être obtenue. Le calcium étant biocompatible et procurant différents effets bénéfiques, l'alliage sélectionné pour ce projet est le Mg-2wt.%Ca. Afin d'optimiser cet alliage, nous proposons une stratégie volume/surface : modifier la microstructure interne par des traitements thermomécaniques et fonctionnaliser la surface à l'aide d'une technique additive.Du laminage et de l'extrusion à chaud ainsi que de l'extrusion coudée à aires égales (ECAE), ont été utilisé afin de modifier la microstructure. La déformation plastique sévère induite par l'ECAE produit la plus fine microstructure (taille de grain et particules de seconde phase). Alors que différentes caractéristiques microstructurales (dislocations, macles, taille de grain) peuvent justifier l'augmentation de la résistance mécanique, l'évolution de la résistance à la corrosion semble principalement affectée par la microstructure de la seconde phase et la taille de grain. Cette influence résulte de la combinaison d'un effet micro-galvanique et de la dispersion des particules de Mg2Ca et possiblement d'une couche d'oxide plus stable. L'ECAP apparait comme le traitement le plus efficace pour augmenter les propriétés mécaniques et le comportement à la corrosion.La fonctionnalisation de surface a été réalisée par un dépôt à motif réguliers à l'aide d'une technique de microdéposition de nanoparticules d'argent afin d'apporter un effet antibactérien à la surface. La déposition est suivie d'un procédé de frittage par laser. Une série de déposition a été conduite afin d'optimiser les conditions du dépôt de nanoparticules d'argent. La topographie de la couche déposée, la qualité du frittage ainsi que l'impact thermique du traitement laser sur la microstructure du substrat a été caractérisée par profilommétrie, SEM et TEM. Une modélisation par éléments finis a été réalisé afin de décrire l'impact thermique du traitement laser. Cette simulation pourra être utilisée à des fins d'optimisation du procédé de dépôt.Combiner une approche sur la microstructure interne et la surface du matériau a permis d'obtenir un alliage de magnésium fonctionnalisé ayant des propriétés améliorées qui peut être considéré dans de futurs tests biomédicaux.

Hot tearing of B206 aluminum alloys with additions of iron and silicon was studied with constrained mould casting (CRC) to investigate the combined effect of these additions on hot tear resistance. Susceptibility to hot tearing was found to increase gradually with iron content when the conditions were favorable to the formation of the β(FeCu) phase. Additions of silicon with a Fe/Si mass ratio ≤ 1 and high cooling rates, which together promote the α(MnFe) phase at the expense of the β(FeCu) phase, were found beneficial to the hot tearing resistance. Hot tearing sensitivity (HTS) of the alloys was evaluated with a new index defined to reflect the compliance of the torn specimens. This index showed a very good correlation with the Katgerman's hot tearing index (HCS), providing that one defines the temperature where inadequate feeding starts to be the temperature where 2% of the interdendritic volume is occupied by intermetallic phases. Examinations of the tear surfaces and profiles revealed that a premature crack opening created by insufficient healing correlates well the explanations based on the theoretical hot tearing index. The deleterious effect of iron on hot tearing was demonstrated on alloys having a coarse grain microstructure having Ti contents below or equal to 0.01 wt%. Above this limit, fine grain microstructures were obtained and the influence of iron was not strong enough to have a significant impact on the castings produced.

International audience; The spallation during cooling or thermal cycling of alumina scales grown at high temperature on PM2000 alloy is directly observed and recorded using CCD cameras. This simple and direct method permits to determine easily and accurately the scale spallation kinetics. In addition, it provides many insights on the spallation mechanisms and processes and their evolution as well as on the effect of substrate microstructure on spallation.

Selective laser melting (SLM), as one of the additive manufacturing (AM) technologies, enables the production of three dimensional (3D) complex parts directly from metal powders. It offers many significant advantages compared with traditional manufacturing methods; however it faces a limited availability of powder materials.The work done during this study consisted in investigating and developing a new way of in situ producing alloys and composites from powder mixtures.The iron-aluminum system and reinforcement by SiC particles were considered.Experiments have shown that the laser power and scanning speed primarily determine the density, microstructure, phase composition and mechanical properties in the manufacturing process of SLM parts.Using pre-alloyed powders, a phenomenon of texture was observed in the form of elongated/columnar grains oriented in the building direction.Using powder mixtures, intermetallic phases were obtained by controlling the SLM parameters. A heat treatment influences the crystal parameters, the degree of order and the mechanical properties of the formed parts.The reinforcement of the iron matrix by SiC particles of several sizes leads to a structural change with the formation of interaction products, perlite and martensite, leading to an improvement in tensile strength compared to pure Fe., La fusion sélective par laser (Selective Laser Melting, SLM), une des techniques de la fabrication additive (AM), permet la production de pièces en trois dimensions (3D) de formes complexes directement à partir de poudres métalliques. Elle présente de nombreux avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication mais se heurte encore à une faible disponibilité des matériaux en poudre.Le travail effectué dans cette étude a donc consisté à étudier et à développer un nouveau moyen pour réaliser in situ des pièces en alliages et en composites à partir de mélanges de poudres.Au niveau expérimental le choix s’est porté sur le système Fer-Aluminium et sur un renforcement par des particules de SiC.Les essais ont permis de constater que dans le processus de fabrication de pièces par SLM la puissance du laser et la vitesse de balayage déterminent au premier chef la densité, la microstructure, la composition de phase et les propriétés mécaniques.À partir d’un mélange de poudres, des phases intermétalliques ont été obtenues en contrôlant les paramètres SLM. Un traitement thermique ultérieur influence les paramètres cristallins, le degré d’ordre et les propriétés mécaniques des pièces ainsi formées.Avec l’utilisation de poudres préalliées, un phénomène de texture a été observé prenant la forme de grains allongés/colonnaires orientés dans la direction de construction.Le renforcement de la matrice de fer par des particules de SiC de différentes tailles conduit à une modification structurale avec la formation de produits d’interaction, perlitie et martensite, conduisant à une amélioration de la résistance à la traction par rapport au Fe pur.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Par une étude bibliographique sur les bandes de cisaillement dans les alliages al-mg en laminage, on définit les besoins d'un modèle prévisionnel par rapport à l'état de l'art thermo-mécanique (comportement des monocristaux et de l'agrégat, instabilité de ce comportement). On en déduit les demandes pour un nouveau type de modèle. on montre, en obtenant l'évolution de la texture dans un exemple a deux dimensions géométriques, qu'un modèle avec référentiel étendu, donne par le produit de l'espace des rotations des cristaux avec l'espace géométrique absolu usuel, peut répondre aux problèmes poses. on développe ensuite un modèle complet a trois dimensions géométriques tenant compte des déformations finies, de l'hétérogénéité, de l'anisotropie et de l'évolution de la texture suivant la déformation. Dans notre modèle l'apparition des bandes de cisaillement peut être détectée par une fraction critique de grains équi-orientés. On définit un passage micro-macro pour expliquer ce modèle : les grandeurs qui sont introduites sont des fonctionnelles de celles définies dans un polycristal microscopique classique. Cela résulte par une opération intégrale, dite de globalisation, donnant une image approchée de la microstructure du polycristal moyennant une mesure qui opère sur l'espace des orientations cristallines. On précise finalement les mathématiques a la base du modèle proposé, en reprenant les définitions classiques de la thermo-mécanique rationnelle de (w. noll) et en y introduisant le concept primitif d'uniformité de deux points matériels et en discernant deux événements simultanés et coïncident par leur phase dans un espace convenable. Cette étude axiomatique explique les passages utilises dans l'écriture du modèle de polycristal proposé.