Dureté et microdureté

La figure III.59 montre les duretés HRC des deux aciers B2 et A3 à l’état brut de coulée et traité thermiquement. Les duretés de l’acier A3 sont élevées que celles de l’acier B2 pour les deux états. Ces duretés sont égales à 40 HRC pour l’état brut de coulée, 50 HRC pour le traitement thermique à 1050°C et 61 HRC pour le traitement thermique à 1100°C. L’augmentation de la dureté de l’acier A3 est due à l’effet des éléments ajoutés et des traitements thermiques appliqués. A l’état brut de coulée, l’amélioration de la dureté est expliquée par la finesse de la structure de l’acier A3 et la présence de carbures. Comme il a été discuté dans les paragraphes précédents, l’ajout combiné du niobium et de vanadium conduit à la formation des carbures intergranulaires affinant la structure de l’acier. Ces carbures sont des carbures complexes de niobium et de vanadium de type MC ((Nb,V)C). Selon la théorie, les carbures de type MC sont connus par leurs haute microdureté que les carbures de type M3C. La présence de ces carbures explique ainsi l’amélioration de la dureté. A l’état traité, l’amélioration de la dureté de l’acier A3 comparativement à l’acier B2 s’explique par la formation de la martensite en quantité plus importante grâce à la présence du niobium et du vanadium.

A l’état brut de coulée, la microdureté de l’austénite de l’acier A3 (418 µHv20) est élevée comparativement à celle de l’acier B2 (359 µHv20). Ceci est expliqué par l’enrichissement de la matrice en éléments ajoutés (Ni, Nb et V). Le nickel, étant un élément gammagène, se trouve dissous dans la matrice après la solidification de l’acier. Quant au niobium et au vanadium, une partie de ces derniers participe à l’enrichissement de l’austénite et le reste forme des carbures de type MC. Ces deux éléments forment avec le fer gamma une solution solide de substitution permettant la formation d’une maille austénitique plus compacte. La formation d’une austénite plus riche en élément et plus compacte conduit à l’amélioration de sa microdureté. La microdureté de la cémentite alliée des deux aciers est pratiquement similaire (1097 µHv20 pour l’acier B2 et 1109 µHv20 pour l’acier A3). Ces derniers contiennent pratiquement la même teneur en chrome. Par contre, la microdureté du carbure complexe de niobium et de vanadium (2312 µHv20) est très élevée que celle de la cémentite alliée. La martensite et l’austénite résiduelle de l’acier A3 sont plus dures que celles de l’acier B2. Les microduretés de ces deux phases de l’acier A3 varient entre 680 et 766 µHv20 pour la martensite et entre 429 et 431 µHv20 pour l’austénite résiduelle. Une amélioration de la microdureté de la martensite a été constatée sous l’effet des éléments d’addition et des traitements thermiques appliqués. Les éléments ajoutés, le niobium et le vanadium, ont favorisé un durcissement remarquable de la martensite formée. L’amélioration de la microdureté de la martensite de l’acier A3 traité à 1100°C comparativement au même acier traité à 1050°C est expliquée par l’effet intense du traitement thermique à 1100°C sur la décomposition des carbures secondaires, ce qui a conduit à la formation d’une martensite plus riche en éléments et plus dure.

Comportement tribologique

Le comportement tribologique de l’acier A3 a été étudié en effectuant les mêmes tests réalisés pour l’acier A2. Les pertes de masse des aciers B2 et A3 à l’état brut de coulée et traité au cours du premier test sont présentées par la figure III.61. Les pertes de masse de l’acier A3 sont faibles que celle de l’acier B2 pour les deux états. Les éléments ajoutés ont un effet considérable sur l’amélioration de la résistance à l’usure abrasive de l’acier A3. Le nickel améliore la dureté de la matrice austénitique et le niobium et le vanadium contribuent à la fois à un durcissement secondaire en formant des carbures complexes de niobium et de vanadium ((Nb,V)C) et à un durcissement de la matrice. Les pertes de masse des aciers A3 et B2 évoluent constamment en fonction de la distance parcourue à l’exception de celle de l’acier B2 à l’état brut de coulée où la perte de masse augmente significativement à partir de 400m (figure III.61). Cependant, la perte de masse de l’acier A3 est moins importante à l’état traité. Cette diminution est expliquée par la présence de la martensite en grande quantité. Cette phase est connue par sa haute dureté et par conséquent sa résistance à l’usure.