Aciers à densité réduite et à Rigidité augmentée – ADRERA

Ce projet vise l'acquisition des connaissances fondamentales indispensables pour permettre le développement d'une nouvelle génération d'acier : des composites Fe/TiB2. Cette génération d'acier se distingue clairement des aciers à très haute limite d'élasticité par une rigidité spécifique supérieure d'au moins 20%. Ceci conduit à un allégement significatif des structures dimensionnées en rigidité particulièrement intéressants dans un contexte d'augmentation du coût de l'énergie et de réduction d'émissions de CO2. L'introduction de ces aciers composites dans le secteur automobile (transport en général) pour des pièces dimensionnées en rigidité (par ex berceau moteur, bras de suspension) conduit à des allégements significatifs compris entre 15% et 30%. Ces aciers composites sont élaborés par coulée continue, donc avec les outils industriels existants. A partir d'une coulée 6 tonnes élaborée en 2006, les études entreprises ont permis de lever un certain nombre de verrous liés aux procédés (élaboration, laminage à chaud?) ou liés aux propriétés d'usage (soudabilité, température de transition ductile-fragile...). Il s'agit maintenant de poursuivre cette recherche pour conduire au développement d'un premier produit industriel optimisé. Ce projet est articulé en deux thèmes avec un axe transverse fort. Le premier thème concerne la genèse des microstructures lors du procédé d'élaboration de l'acier, en incluant toutes les étapes allant de l'aciérie au recuit et revêtement final. Pour la genèse des microstructures, des études thermodynamiques des diagrammes Fe-Ti-B-X, où X représente les principaux constituants utilisés dans la métallurgie des aciers permettront l'optimisation des paramètres du procédé d'élaboration industriel, le contrôle des transformations de phases au cours des opérations de laminage à chaud et recuit. Le rôle d'éléments d'addition sur l'affinement des particules de TiB2 au cours de la solidification sera également étudié. Un aspect important concerne les évolutions microstructurales à l'état solide, avec la compréhension de l'influence des particules sur la recristallisation et les transformations de phases. Le deuxième thème vise la compréhension des liens entre microstructure et propriétés mécaniques (lois de comportement, écrouissage, endommagement, mise en forme). La modélisation, à base microstructurale, de la loi de comportement est une étape indispensable pour la commercialisation d'un produit. Cette modélisation se basera en partie sur l'étude du comportement mécanique en chargement complexe. En parallèle, l'endommagement, par décohesion interfaciale et/ou fissuration des particules sera étudié par tomographie-X à haute résolution à l'ESRF. L'étude cristallographique et structurale des particules de borure, des interfaces fer/borure et de la chimie des interfaces constitue un axe transverse fort, qui interagit aussi bien avec la genèse des microstructures qu'avec les relations microstructures /propriétés mécaniques. La cohésion des interfaces, gouvernées par leur structure et leur chimie, joue un rôle fondamental dans les propriétés du composite. Cet aspect sera abordé par les techniques de pointes en microscopie électronique à transmission: la très haute résolution et la spectroscopie de pertes d'énergie d'électrons. L'ensemble de ces études conduira à une compréhension fine et complète de la métallurgie de cette nouvelle génération d'acier et permettra l'optimisation des compositions, des microstructures et des propriétés.