Alternative to chromium, a hard alloy powder NiCrBCSi (Fe) coatings thermally sprayed on 60CrMn4 steel. Phase and comportements

AbstractThe purpose of this study was to investigate and to compare microstructural properties, wear resistance, and potentials of thermal spraying of NiCrBSiCFe coatings for a possible replacement of hard chromium plating in mechanical parts repair. The coatings surfaces and cross section were characterized before and after testing behavior using a scanning electron microscopy (SEM) coupled with an analyzer (EDAX). The characterization of phases was carried out by electron microprobe and X-ray diffraction. A good adherence of coating NiCrBCSi (Fe) on steel substrate is explained by formation of large diffusion zone in interface after annealing and by the nature of the structure deposit duplexes. This is explained by the split structure that we were able to characterize and which is composed of a phase lasts type boro carbide-nickel Ni3(BC) and the matrix based Nî reinforced by very fine rich Cr precipitates. These properties are enhanced by cyclic heat treatment

Effect of Isothermal Hold on the Microstructural Evolution of the Stainless Steel 304L/Zircaloy-4 Interface

International audienceThe transition from solid-state bonding of the stainless steel 304L/Zircaloy-4 diffusion couple to a partial liquid-phase bonding is important for the bonding process at temperatures ranging from 950 to 1050 degrees C. In this study, the temperature at which a melting process occurs at the interface after 45 min of isothermal holdings is determined experimentally. This melting process leads to a drastic change in the thickness of the reaction products zone (RPZ) as well as on its microstructure. Diffusion couples were characterized by SEM-EDS, and quantitative chemical analyses of different phases are performed by EPMA. The RPZ consists of three layers: the (alpha-Fe-Cr) phase layer and two layers consisting of Zr(Fe, Cr)(2) (epsilon), Zr-2(Fe, Ni) and (alpha-Zr) phases. The thickness of these layers strongly depends on the holding temperature. The analysis allowed the description of the physicochemical phenomena occurring during isothermal holding as well as during cooling. The solidification paths are determined at 1000, 1020 and 1050 degrees C. Hardness tests are performed on the bonded samples in order to qualify the mechanical properties of different phases of the RPZ. This study leads to a better understanding of the complex phenomena intervening in the joining process which is very useful for applications in industrial scale

Alliages durs de rechargement à matrice mixte Ni-Fe-Co. Phases formées et tests de corrosion

Le rechargement par des alliages durs est l'une des solutions préconisée à la lutte contre la dégradation des matériaux par usure et par corrosion. Les alliages utilisés pour ce type d'application sont à base de Fe, de Co ou de Ni. Nous développons de nouveaux alliages à matrice mixte (Co+Ni+$\rm Fe= 60$ %)γ contenant des valeurs constantes en Cr, W, Si, Al et C. Les caractérisations physico-chimiques sont réalisées à l'aide de la combinaison des techniques fines d'observations et d'analyses : M.E.B-EDAX, M.E.T, S.T.E.M-EDS ; microsonde électronique, A.T.D et diffraction RX. La microstructure formée au refroidissement est complexe. Les phases de solidifications sont des carbures de type M7C3 et ηM6C dans une matrice γ. La décomposition observée du carbure ηM6C lors d'un traitement thermique spécifique, donne naissance à de fins carbures de type M23C6 et à d'autres précipités qui se dispersent au sein de la matrice γ induisant l'augmentation de sa dureté d'un facteur 2. Les tests de corrosion dans des milieux agressifs ont montré que les alliages élaborés présentent des résistances plus élevées comparativement aux alliages conventionnels à base de Ni ou Co

Effet des traitements thermiques cycliques sur la stabilité des carbures eutectiques formés dans les alliages Co-Cr-Ni-W-C

Les alliages Co-Cr-Ni-W-C sont utilisés en dépôts massifs sur des aciers pour combattre l’usure agressive à des températures élevées. Ils sont caractérisés par une microstructure constituée de la solution solide (γ) dendritique majoritaire et des carbures eutectiques M7C3 et ηM6C. Nous nous sommes intéressés à l’évolution microstructurale de ce type d’alliages sous cyclage thermique proche des conditions de fonctionnement des soupapes. Les techniques expérimentales utilisées sont : l’élaboration d’alliages, la solidification contrôlée, le dépôt, les traitements thermiques cycliques et la caractérisation physicochimique et mécanique. À partir de 12 cycles de traitement à 700 °C, la décomposition du carbure eutectique ηM6C débute et se poursuit en continu selon la réaction : ηM6C = > M12C+Me = > MXC + Me (Me = W, Ni…). Le carbure M7C3 présente deux comportements en fonction de la température du traitement. Il reste stable durant les vieillissements cycliques inférieurs à 800 °C. À partir de cette température, il commence sa décomposition en donnant des carbures instables, moins riches en carbone, selon les réactions : M7C3= > M6C+Me = > M12C+Me = > MXC+Me. Une augmentation de la dureté de l’alliage de 450 à 515 Hv200 au cours des vieillissements jusqu’à 700 °C a été constatée. Les températures seuil et les étapes successives des transformations sont déterminées

Microstructure et scléromètrie à effet d’usure d’alliages durs de type : ni-Cr-B-Si-C-W

Ce travail se porte à l’étude de la microstructure et du comportement à l’usure d’alliages à base Ni contenant 20–25 % at. Cr, 5–7 % at. B, 4–5 % at. C, 6 % at. Si et 3–3,5 % at. W. Ces alliages sont constitués d’une matrice métallique Ni(g) majoritaire dans laquelle les éléments d’addition favorisent la formation de composés durs qui améliorent les propriétés mécaniques et chimiques. La caractérisation physicochimique des alliages élaborés est réalisée par microscopie et microsonde électroniques. Les différents composés durs sont des carbures (M7C3, M6C, M23C6) ; borures (M5B3, Ni3B) ; siliciures (Ni5Si2, Ni3Si) se formant soit en solidification primaire soit sous forme d’eutectiques biphasés qui se dispersent dans l’alliage et constituent une microstructure complexe. Un modèle basé sur des essais d’indentation permet de prévoir le comportement à l’usure de ces alliages. Les résultats obtenus sur la dégradation des phases à la surface des échantillons sont reliés à la taille et les propriétés mécaniques (dureté, énergie de déformations, volume et vitesse d’usure) des phases

Étude du soudage diffusion entre l'alliage de zirconium Zy

L'assemblage de matériaux par les méthodes conventionnelles trouve ses limites dans certaines applications spécifiques. Nous abordons une étude sur la liaison par diffusion à l'état solide entre l'alliage de Zr (Zy4) et I'acier inoxydable (304L) pour une application dans le secteur du nucléaire. Les couples de diffusion préparés ont subi des traitements à des températures comprises entre 850 et 1020 °C dans une atmosphère contrôlée et sous pressions d'accostages dynamiques. Nous accordons une attention particulière à la morphologie de l'interface formée et à la nature des phases formées. Les observations et analyses chimiques sont réalisées par MEBE-EDX et DRX. La répartition quantitative ainsi que la localisation des éléments chimiques sont définies par des profils chimiques et des séries d'images X. La jonction est constituée de trois zones distinctes formées d'une solution solide (FeCr)α riche en Cr sous forme d'un liseré homogène du côté acier. Les deux autres zones du centre et du côté Zy4 sont biphasées Zrα, (FeCr)α-Zr(Fe, Cr)2 et Zrα-Zr2(Fe1-xNix), 0,15 < x < 0,25. Les résultats obtenus sont un recoupement entre les observations fines et les analyses chimiques et radiocristallographiques. Les valeurs des microduretés mesurées donnent une filiation très hétérogène au niveau de l'interface

Structure métallurgique et comportement à l’abrasion d’alliages durs de type : Ni-Cr(10 %)-B-Si

Ce travail se rapporte à l’étude de la microstructure et du comportement à l’usure d’une série d’alliages à base Ni contenant 10 % at. Cr, 5–15 % at. B et 5–20 % at. Si. Les composés durs formés dans la matrice de nickel (Niγ) lors de la solidification de ces alliages sont des borures de chrome et de nickel (CrB, Cr5B3, Ni3B) ainsi que des siliciures de nickel (Ni5Si2 et βNi3Si). Ces phases apparaissent soit sous forme de fins précipités primaires, soit sous forme d’une microstructure biphasée d’eutectique γ. Les duretés des alliages à différentes températures, la perte de masse et le taux d’usure des différentes alliages en fonction du temps ont été mesurés et corrélés à la nature, la distribution et le taux des phases formées. Les meilleurs résultats sont obtenus pour des teneurs en bore de 15 % at. et de 10 % at. en silicium

Fe-NiAl based alloys: Phase transformations and microstructure due to cobalt addition

Structural characterisation of (Fe, Co)-NiAl alloys containing 0-50 at. % Co was performed. In alloys containing more than 15 at. % Co a high-temperature bcc $\alpha$ phase is partly transformed, when cooled, to a $\gamma$ phase, which at lower temperature is allotropically transformed into a $\alpha _{\gamma }$ phase. The untransformed $\alpha$ phase, according to Co content, is then transformed by a demixtion process into two $\alpha _{1}$ and $\alpha _{2}$ phases. The main cobalt addition effects on the Fe-NiAl based alloy are: the appearance of the $\gamma$ phase, a decrease of demixtion temperature, an increase of Curie temperature and a microstructure refining