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The objective of this PhD work is to focus on two points to propose improvements in the quality of 316L parts produced by Selective Laser Melting (SLM) AM technology.The first is to identify the effects of Surface Mechanical Attrition Treatment (SMAT) and heat treatments on the mechanical performance of additive manufacturing parts under monotonic (tensile) and cyclic (flexural bending fatigue) loading.The second is the development of a new duplex post-treatment that combines the SMAT with a heat treatment, using either infrared lamps or an electric current, and to evaluate the effects of this new post-treatment on the mechanical properties of a 316L SLM steel.The impact of SMAT on the surface quality, strength and fatigue life of this alloy was found to be very beneficial. However, this improvement in mechanical properties was accompanied by a decrease in ductility. The new duplex post-treatment (SMAT/TT) further increased the mechanical strength of the parts, while minimising the decrease in ductility induced by the SMAT alone.; L’objectif de ces travaux de thèse se concentre sur deux points ciblés pour proposer des améliorations de la qualité de pièces en 316L issues de la technologie de FA par Selective Laser Melting (SLM).Le premier consiste à identifier les effets d’un traitement mécanique SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) ainsi que des traitements thermiques sur les performances mécaniques de pièces issues de fabrication additive sous sollicitations monotone (traction) et cycliques (fatigue en flexion alternée).Le second porte sur la mise au point d’un post-traitement duplex qui combine le traitement SMAT avec un traitement thermique, réalisé soit par lampes à infrarouge, soit par passage d’un courant électrique, et d’évaluer les effets de ce nouveau type de post-traitement sur les propriétés mécaniques de l’acier 316L SLM.L'impact du traitement SMAT sur l’état de surface, la résistance mécanique en traction et la tenue en fatigue de cet alliage s'est avéré très bénéfique. L’amélioration des propriétés mécaniques a cependant été accompagné d’une baisse de ductilité. Le nouveau post-traitement duplex (SMAT/TT) a quant à lui permis d'augmenter davantage la tenue mécanique des pièces, tout en limitant leur baisse de ductilité.

This PhD work concerns the problem of bimetallic austenitic/martensitic steel connections. This research action focuses on a 316L austenitic steel (X2 CrNiMo 18-12-02) / Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1) martensitic steel connection. The objective is to understand the metallurgical problems related to the assembly of these two steels and to evaluate the possibilities of using powder metallurgy and additive manufacturing to produce austenitic/martensitic steel transitions. A weld obtained by electron beam is used as a reference for this study which focuses on the interest of powder metallurgy to achieve a transition between two steels. Materials with a chemical composition gradient have been consolidated by HIP and SPS and show very good mechanical properties and an excellent junction between the two steels. By additive manufacturing (DED-LB or PBF-LB), we also obtain very good bonds between the two steels, but the microstructures are much more complex. Curiously, we observe that the higher the cooling rate, the higher the ferrite fraction in the martensitic steel. Different calculations based on the nucleation and growth of the austenitic phase have made it possible to propose a coherent scenario to explain the phase fractions present in the materials. The transition zone between the two steels shows strong variations in hardness. These variations are explained by changes in chemical composition, leading to modifications in phase change temperatures, and the particular thermal cycles seen during building. From a technological point of view, materials obtained by additive manufacturing have tensile performances very similar to those obtained by electron beam welding. It is shown that additive manufacturing also makes it possible to control the composition gradient between a martensitic and an austenitic steel., Ces travaux de thèse concernent la problématique des liaisons bimétalliques acier austénitique/acier martensitique. Cette action de recherche se focalise sur une liaison acier austénitique 316L (X2 CrNiMo 18-12-02) / acier martensitique Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1). L’objectif est de comprendre la problématique métallurgique liée à l’assemblage de ces deux types de nuance et d’évaluer les possibilités de réaliser par métallurgie des poudres et par fabrication additive des transitions aciers austénitiques/aciers martensitiques. Une soudure obtenue par faisceau d’électrons sert de liaison de référence pour cette étude qui se focalise sur l’intérêt de la métallurgie des poudres pour réaliser une transition entre deux aciers. Des matériaux à gradient de composition chimique ont été consolidés par CIC et par SPS et montrent de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente jonction entre les deux types de nuances. Par fabrication additive (DED-LB ou PBF-LB), nous obtenons aussi de très bonnes liaisons entre les deux aciers mais les microstructures sont beaucoup plus complexes. On observe curieusement que plus la vitesse de refroidissement du procédé est importante et plus la présence de ferrite dans l’acier martensitique est importante. Différents calculs basés sur la germination et la croissance de la phase austénitique ont permis de proposer un scénario cohérent pour expliquer les fractions de phases présentes dans les matériaux. La zone de transition entre les deux aciers présente, elle, de fortes variations de duretés. Ces variations sont expliquées par les changements de composition chimique, entrainant des modifications dans les températures de changement de phases, et les cycles thermiques particuliers vus lors de la fabrication. D’un point de vue technologique, les matériaux obtenus par fabrication additive présentent en traction des performances très semblables à ce que l’on obtient par soudage par faisceau d’électrons. Il est montré que la fabrication additive permet aussi de piloter le gradient de composition entre un acier martensitique et un acier austénitique.

This PhD work concerns the problem of bimetallic austenitic/martensitic steel connections. This research action focuses on a 316L austenitic steel (X2 CrNiMo 18-12-02) / Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1) martensitic steel connection. The objective is to understand the metallurgical problems related to the assembly of these two steels and to evaluate the possibilities of using powder metallurgy and additive manufacturing to produce austenitic/martensitic steel transitions. A weld obtained by electron beam is used as a reference for this study which focuses on the interest of powder metallurgy to achieve a transition between two steels. Materials with a chemical composition gradient have been consolidated by HIP and SPS and show very good mechanical properties and an excellent junction between the two steels. By additive manufacturing (DED-LB or PBF-LB), we also obtain very good bonds between the two steels, but the microstructures are much more complex. Curiously, we observe that the higher the cooling rate, the higher the ferrite fraction in the martensitic steel. Different calculations based on the nucleation and growth of the austenitic phase have made it possible to propose a coherent scenario to explain the phase fractions present in the materials. The transition zone between the two steels shows strong variations in hardness. These variations are explained by changes in chemical composition, leading to modifications in phase change temperatures, and the particular thermal cycles seen during building. From a technological point of view, materials obtained by additive manufacturing have tensile performances very similar to those obtained by electron beam welding. It is shown that additive manufacturing also makes it possible to control the composition gradient between a martensitic and an austenitic steel.; Ces travaux de thèse concernent la problématique des liaisons bimétalliques acier austénitique/acier martensitique. Cette action de recherche se focalise sur une liaison acier austénitique 316L (X2 CrNiMo 18-12-02) / acier martensitique Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1). L’objectif est de comprendre la problématique métallurgique liée à l’assemblage de ces deux types de nuance et d’évaluer les possibilités de réaliser par métallurgie des poudres et par fabrication additive des transitions aciers austénitiques/aciers martensitiques. Une soudure obtenue par faisceau d’électrons sert de liaison de référence pour cette étude qui se focalise sur l’intérêt de la métallurgie des poudres pour réaliser une transition entre deux aciers. Des matériaux à gradient de composition chimique ont été consolidés par CIC et par SPS et montrent de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente jonction entre les deux types de nuances. Par fabrication additive (DED-LB ou PBF-LB), nous obtenons aussi de très bonnes liaisons entre les deux aciers mais les microstructures sont beaucoup plus complexes. On observe curieusement que plus la vitesse de refroidissement du procédé est importante et plus la présence de ferrite dans l’acier martensitique est importante. Différents calculs basés sur la germination et la croissance de la phase austénitique ont permis de proposer un scénario cohérent pour expliquer les fractions de phases présentes dans les matériaux. La zone de transition entre les deux aciers présente, elle, de fortes variations de duretés. Ces variations sont expliquées par les changements de composition chimique, entrainant des modifications dans les températures de changement de phases, et les cycles thermiques particuliers vus lors de la fabrication. D’un point de vue technologique, les matériaux obtenus par fabrication additive présentent en traction des performances très semblables à ce que l’on obtient par soudage par faisceau d’électrons. Il est montré que la fabrication additive permet aussi de piloter le gradient de composition entre un acier martensitique et un acier austénitique.

The aim of this thesis is to better understand the susceptibility of non-sensitized austenitic stainless steels to intergranular corrosion in a concentrated boiling nitric acid environment containing oxidizing ions. It focuses more specifically on the effect of metallurgical parameters. For this purpose, the corrosion behavior of 6 stainless steels is studied in oxidizing nitric acid, using linear voltammetry and immersion tests. Among the studied stainless steels, one grade (Uranus S1N) is resistant to intergranular corrosion but exhibits a higher surface corrosion rate. This steel differs from the others by its high silicon content (4 wt.%). The effect of silicon of surface and intergranular corrosion is confirmed thanks to the fabrication and study of experimental alloys with silicon contents varying between 1 and 4 wt.%. Among the stainless steels susceptible to intergranular corrosion, all the grain boundaries are attacked, except the majority of the twin boundaries. In addition, a higher chromium content leads to lower surface and intergranular corrosion rates.The chemical compositions of grain boundaries were studied by atomic probe tomography for two stainless steels: 304L and Uranus S1N, susceptible and resistant to intergranular corrosion, respectively. The results evidence intergranular segregation of impurities and carbon in both alloys. The enrichment factors are slightly higher in Uranus S1N than in 304L. However, silicon enrichment of the grain boundaries was evidenced in none of them. The results show that, if impurities have an effect on the susceptibility to intergranular corrosion, the effect seems inhibited by a high amount of silicon. Based on these results, several propositions are made to account for the susceptibility to intergranular corrosion of austenitic stainless steels in oxidizing nitric acid.; L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension du phénomène de corrosion intergranulaire d’aciers inoxydables austénitiques en milieu acide nitrique bouillant concentré et contenant des ions oxydants. L’accent est plus particulièrement mis sur l’étude de facteurs métallurgiques. Pour cela, le comportement en corrosion en milieu nitrique oxydant de 6 aciers inoxydables austénitiques commerciaux a été étudié par voltammétrie linéaire ainsi que par des essais d’immersion. Parmi les aciers étudiés, l’un d’entre eux, l’Uranus S1N, n’est pas sensible à la corrosion intergranulaire mais présente une cinétique de corrosion en surface plus rapide. Cet acier diffère des autres nuances par sa teneur en silicium élevée (4% massique). L’effet du silicium sur la corrosion en surface et la sensibilité à la corrosion intergranulaire est confirmé par l’élaboration d’aciers expérimentaux, contenant des teneurs en silicium comprises entre 1 et 4%. Parmi les aciers sensibles à la corrosion intergranulaire, tous les joints de grains sont attaqués, à l’exception de la majorité des joints Σ3. Une augmentation de la teneur en chrome conduit à une diminution de la vitesse de corrosion en surface et aux joints de grains. L’étude de la composition chimique de joints de grains par sonde atomique tomographique a permis de mettre en évidence la ségrégation intergranulaire des impuretés mais aussi du carbone, que ce soit dans un acier sensible ou insensible à la corrosion intergranulaire. Par contre, aucun enrichissement des joints en silicium par rapport à la matrice environnante n’a pu être détecté, quel que soit l’acier étudié. Les facteurs d’enrichissement estimés pour divers éléments sont globalement plus élevés dans l’Uranus S1N que dans un acier 304L, sensible à la corrosion intergranulaire. Cependant, les joints de grains de l’acier 304L sont plus riches en éléments légers que ceux de l’acier Uranus S1N mais plus pauvres en silicium, en accord avec leurs compositions chimiques nominales. Si les impuretés ont un effet sur la corrosion intergranulaire, cet effet semble inhibé par une teneur en silicium élevée dans l’acier. Sur la base des résultats obtenus, plusieurs pistes ont été proposées pour rendre compte de la sensibilité à la corrosion intergranulaire des aciers inoxydables austénitiques.

The aim of this thesis is to better understand the susceptibility of non-sensitized austenitic stainless steels to intergranular corrosion in a concentrated boiling nitric acid environment containing oxidizing ions. It focuses more specifically on the effect of metallurgical parameters. For this purpose, the corrosion behavior of 6 stainless steels is studied in oxidizing nitric acid, using linear voltammetry and immersion tests. Among the studied stainless steels, one grade (Uranus S1N) is resistant to intergranular corrosion but exhibits a higher surface corrosion rate. This steel differs from the others by its high silicon content (4 wt.%). The effect of silicon of surface and intergranular corrosion is confirmed thanks to the fabrication and study of experimental alloys with silicon contents varying between 1 and 4 wt.%. Among the stainless steels susceptible to intergranular corrosion, all the grain boundaries are attacked, except the majority of the twin boundaries. In addition, a higher chromium content leads to lower surface and intergranular corrosion rates.The chemical compositions of grain boundaries were studied by atomic probe tomography for two stainless steels: 304L and Uranus S1N, susceptible and resistant to intergranular corrosion, respectively. The results evidence intergranular segregation of impurities and carbon in both alloys. The enrichment factors are slightly higher in Uranus S1N than in 304L. However, silicon enrichment of the grain boundaries was evidenced in none of them. The results show that, if impurities have an effect on the susceptibility to intergranular corrosion, the effect seems inhibited by a high amount of silicon. Based on these results, several propositions are made to account for the susceptibility to intergranular corrosion of austenitic stainless steels in oxidizing nitric acid.; L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension du phénomène de corrosion intergranulaire d’aciers inoxydables austénitiques en milieu acide nitrique bouillant concentré et contenant des ions oxydants. L’accent est plus particulièrement mis sur l’étude de facteurs métallurgiques. Pour cela, le comportement en corrosion en milieu nitrique oxydant de 6 aciers inoxydables austénitiques commerciaux a été étudié par voltammétrie linéaire ainsi que par des essais d’immersion. Parmi les aciers étudiés, l’un d’entre eux, l’Uranus S1N, n’est pas sensible à la corrosion intergranulaire mais présente une cinétique de corrosion en surface plus rapide. Cet acier diffère des autres nuances par sa teneur en silicium élevée (4% massique). L’effet du silicium sur la corrosion en surface et la sensibilité à la corrosion intergranulaire est confirmé par l’élaboration d’aciers expérimentaux, contenant des teneurs en silicium comprises entre 1 et 4%. Parmi les aciers sensibles à la corrosion intergranulaire, tous les joints de grains sont attaqués, à l’exception de la majorité des joints Σ3. Une augmentation de la teneur en chrome conduit à une diminution de la vitesse de corrosion en surface et aux joints de grains. L’étude de la composition chimique de joints de grains par sonde atomique tomographique a permis de mettre en évidence la ségrégation intergranulaire des impuretés mais aussi du carbone, que ce soit dans un acier sensible ou insensible à la corrosion intergranulaire. Par contre, aucun enrichissement des joints en silicium par rapport à la matrice environnante n’a pu être détecté, quel que soit l’acier étudié. Les facteurs d’enrichissement estimés pour divers éléments sont globalement plus élevés dans l’Uranus S1N que dans un acier 304L, sensible à la corrosion intergranulaire. Cependant, les joints de grains de l’acier 304L sont plus riches en éléments légers que ceux de l’acier Uranus S1N mais plus pauvres en silicium, en accord avec leurs compositions chimiques nominales. Si les impuretés ont un effet sur la corrosion intergranulaire, cet effet semble inhibé par une teneur en silicium élevée dans l’acier. Sur la base des résultats obtenus, plusieurs pistes ont été proposées pour rendre compte de la sensibilité à la corrosion intergranulaire des aciers inoxydables austénitiques.

Wire-arc additive manufacturing is a new process using a common weldingrobotic cell to build large parts layer by layer. It allows building rough single pieces orsmall series parts with a low cost and a short delay. First developments were done ontitanium and aluminum parts for aeronautic and space applications, but more industriessuch as maritime, oil and gas, railway…are now interested into it. In this work, amethodology is proposed to define suitable process parameters and deposit’s strategies,with the final control of the elaborated parts. Developments are done on both highstrength steel ER100 and austenitic stainless steel 316LSi. The results of theexperimental characterisation enable to show the relations between the manufacturingconditions, the dimensions, the microstructure and the mechanicals properties of theparts, and finally lead to guidelines to evolve the wire-arc additive manufacturingtowards industrialisation.; L'arc-fil est un nouveau procédé de fabrication additive utilisant une cellule desoudage robotisée pour la fabrication, couche par couche, de pièces de grandes dimensions. Ilpermet de réaliser des ébauches de pièces unitaires ou de petites séries avec des coûts et desdélais de fabrication réduits. Les premiers développements se sont principalement orientés sur laréalisation de pièces à forte valeur ajoutée en alliage de titane et d’aluminium pour le secteuraéronautique et aérospatial, et intéressent maintenant d’autres secteurs tels que les industriesnavales, pétrolières, ferroviaires et mécaniques utilisant des aciers. Ce travail propose uneméthodologie de sélection des paramètres et des stratégies de dépôts, avec le contrôle final despièces fabriquées. Il porte sur deux matériaux : un acier C-Mn à haute limite d’élasticité(ER100) et un acier inoxydable austénitique (316LSi). Le résultat des caractérisations permetd’établir le lien entre les conditions de fabrication, les dimensions géométriques et les propriétésmicrostructurales et mécaniques des pièces obtenues, ce qui conduit au final à une démarchepermettant de faire évoluer le procédé vers l’industrialisation.

Wire-arc additive manufacturing is a new process using a common weldingrobotic cell to build large parts layer by layer. It allows building rough single pieces orsmall series parts with a low cost and a short delay. First developments were done ontitanium and aluminum parts for aeronautic and space applications, but more industriessuch as maritime, oil and gas, railway…are now interested into it. In this work, amethodology is proposed to define suitable process parameters and deposit’s strategies,with the final control of the elaborated parts. Developments are done on both highstrength steel ER100 and austenitic stainless steel 316LSi. The results of theexperimental characterisation enable to show the relations between the manufacturingconditions, the dimensions, the microstructure and the mechanicals properties of theparts, and finally lead to guidelines to evolve the wire-arc additive manufacturingtowards industrialisation.; L'arc-fil est un nouveau procédé de fabrication additive utilisant une cellule desoudage robotisée pour la fabrication, couche par couche, de pièces de grandes dimensions. Ilpermet de réaliser des ébauches de pièces unitaires ou de petites séries avec des coûts et desdélais de fabrication réduits. Les premiers développements se sont principalement orientés sur laréalisation de pièces à forte valeur ajoutée en alliage de titane et d’aluminium pour le secteuraéronautique et aérospatial, et intéressent maintenant d’autres secteurs tels que les industriesnavales, pétrolières, ferroviaires et mécaniques utilisant des aciers. Ce travail propose uneméthodologie de sélection des paramètres et des stratégies de dépôts, avec le contrôle final despièces fabriquées. Il porte sur deux matériaux : un acier C-Mn à haute limite d’élasticité(ER100) et un acier inoxydable austénitique (316LSi). Le résultat des caractérisations permetd’établir le lien entre les conditions de fabrication, les dimensions géométriques et les propriétésmicrostructurales et mécaniques des pièces obtenues, ce qui conduit au final à une démarchepermettant de faire évoluer le procédé vers l’industrialisation.

This work focuses on the local experimental characterization of the gradient microstructure of 316L steels treated by SMAT. The gradient microstructure could be roughly divided into a top surface nanostructured layer, a transition layer and the bulk region. Grain refinement, compressive residual stress and strain hardening are three major SMAT-induced parameters as a result of severe plastic deformation induced by SMAT. Consequently, the enhanced mechanical properties of the gradient microstructure are due to the combined effects of these SMAT-induced changes. However, emphasis was mainly placed on the global properties of the gradient microstructure in previous studies and little effort was devoted to the individual characterization of each layers. The aim of this work is thus to investigate individually the mechanical properties of each layer by means of various characterization techniques. Characteristics of the gradient microstructure are first highlighted by EBSD which reveals the formation of a top surface nanostructured layer. The grain size for this layer ranges from 50 to 300 nm. As for the mechanical properties, nanoindentation and micro-pillar compression tests were carried out for the individual characterization of each layer of the gradient microstructure. The local mechanical properties could be subsequently derived according to the corresponding mechanical reponse. Another part of this work consisted of using Finite element method for the simulation of the mechanical behaviour of nanocrystalline materials. A two-dimensional crystal plasticity model was thus used for the simulation., Ce travail concerne la caractérisation et la simulation numérique des propriétés mécaniques locales d’aciers 316L austénitiques traités par SMAT. Un raffinement des grains, des contraintes résiduelles de compression et un phénomène d’écrouissage sont trois paramètres majeurs induits par SMAT en raison d'une déformation plastique sévère. Ainsi, de meilleures propriétés mécaniques sont obtenues avec cette microstructure à gradient,grâce aux effets combinés des différents changements induits SMAT. Alors que l'accent a surtout été mis sur les propriétés globales de la microstructure à gradient dans de précédentes études, peu d'efforts ont été consacrés à la caractérisation individuelle de chaque couche.L'objectif de ce travail est donc d'étudier individuellement les propriétés mécaniques de chaque couche constituant la zone affectée par le traitement au moyen de différentes techniques de caractérisation. La microstructure à gradient générée par SMAT a d’abord été caractérisée par EBSD. Une couche nanocristalline est générée à la surface traitée dont la taille de grains varie entre 50 et 300nm. En ce qui concerne les propriétés mécaniques, la nanoindentation et des essais de compression de micro-piliers ont été mis en œuvre sur différentes zones de la microstructure à gradient. Les propriétés mécaniques de ces zones sont ainsi obtenues localement. Une autre partie de ce travail a consisté à utiliser la méthode des éléments finis pour la simulation du comportement mécanique de matériaux nanocristallins. Un modèle en 2D de plasticité cristalline a été utilisé pour cette simulation.

This work is focused on the elaboration and the mechanical behaviour of 304L and 316L austenitic stainless steel alloys with bimodal grain size distribution. The complementary approach between experiments and modelling enables a better understanding of both macroscopic and local mechanical responses and also of the associated deformation mechanisms.The use of two elaboration routes and optimized process parameters results in a wide range of samples with different bimodal grain size distributions. Grain sizes and fractions of each population are modified in order to study the influence of these microstructural characteristics on mechanical behavior. Uniaxial tensile tests are used to realize a database of mechanical properties of bimodal alloys and loading-unloading tests provides valuable informations about deformation mechanisms in these materials. With coarse grains (CG) embedded in an ultrafine grained (UFG) matrix, a relaxation of a part of the internal stresses seems to take place and leads to a delayed embrittlement of bimodal alloys as compared to their unimodal counterparts. Full-field modelling, based on two crystal plasticity laws with an explicit account of an internal length, is proposed. It constitutes a valuable prediction tool of effective properties of bimodal alloys in order, in particular, to study the effect of several microstructural characteristics. An access to local fields is also possible and tend, so far, to show similar results compared to experimental ones : stress relaxation is observed in the UFG matrix as well as stress concentrations at the CG/UFG interfaces., Ce travail porte sur l'élaboration et l'analyse du comportement mécanique d'alliages à distribution bimodale de taille de grains. Les applications concernent les aciers inoxydables austénitiques 304L et 316L. Une approche couplée expérience-modélisation est menée pour comprendre les réponses mécaniques macroscopiques et locales de ces nouveaux alliages en se basant notamment sur l'étude des mécanismes de déformation associés. L'utilisation de deux voies d'élaboration et l'optimisation de leurs paramètres a conduit à l'obtention d'un large choix d'échantillons avec différentes distributions bimodales et différentes proportions de chaque famille de taille de grains. L'influence de ces caractéristiques microstructurales sur le comportement a été analysée sur la base d'essais en traction simple sous chargement monotone ou en charges-décharges alternées. Une base de données étendue de propriétés a ainsi été constituée et des éléments de réponse concernant les mécanismes de déformation propres aux alliages bimodaux ont pu être apportés. La présence de grains de taille conventionnelle (Coarse Grain -CG) au sein d'une matrice à grains ultrafins (UltraFine Grain - UFG) semble favoriser la relaxation d'une partie des contraintes internes de la matrice et tend ainsi à retarder l'endommagement des alliages bimodaux en comparaison aux alliages unimodaux à grains ultrafins. Une modélisation à champs complets selon deux lois de plasticité cristalline tenant compte explicitement d'une longueur interne a été proposée. Sa première motivation est de fournir un outil de prédiction du comportement effectif des alliages bimodaux en fonction de leurs caractéristiques microstructurales. Elle donne par ailleurs accès aux champs locaux et permet d'appuyer les analyses expérimentales en partition des contraintes en montrant à la fois une relaxation partielle des contraintes dans la matrice UFG mais aussi des concentrations de contrainte aux interfaces CG/UFG.

This work focuses on experimental analysis and multiscale modelling of LCF behaviour of 316L steels treated by SMAT. The gradient microstructure features of a 316L steel treated by SMAT are characterized by EBSD, XRD and hardness tests. Grain size gradient, residual stress and plastic deformation are evaluated. The cyclic hardening/softening behaviour of the SMATed specimens and the evolution of the microstructures during cyclic loading are studied based on LCF tests and EBSD observations. A comparison between SMAT and conventional shot peening is performed by analysing the surface topography, residual stress fields, and work hardening profiles of the treated specimens as well as their effects on LCF life.A modelling methodology of residual stress and work hardening is developed including constitutive modelling, reconstruction technique, and cyclic loading simulation. First, a macroscopic constitutive modelling of the cyclic plasticity behaviour of a 316L steel is performed. Then, a self-consistent modelling of the cyclic hardening/softening behaviour is developed. Afterwards, a new method for reconstructing residual stress and work hardening is proposed and applied to a SMATed structure. Both of the previous macroscopic and microscopic models are used to predict the cyclic behaviour of the SMATed material, Ce travail de thèse est focalisé sur des caractérisations microstructurales, des essais de fatigue et une modélisation multi-échelle du comportement en fatigue oligocyclique d’aciers 316L nanocristallisés superficiellement par SMAT. Le gradient de taille de grains superficiel, les contraintes résiduelles et l’écrouissage générés sont évalués à l’aide de différentes techniques : EBSD, DRX et essais de dureté. Le durcissement/adoucissement cyclique des éprouvettes SMATées et l'évolution de la microstructure au cours du chargement cyclique sont ensuite étudiés grâce à des essais de fatigue et des observations par EBSD. Une comparaison entre le SMAT et le grenaillage conventionnel est réalisée en analysant la topographie de surface, les champs de contraintes résiduelles et les profils d’écrouissage générés. Les effets de ces deux traitements sur la durée de vie en fatigue oligocyclique sont également étudiés.Une méthodologie de modélisation des contraintes résiduelles et de l’écrouissage est par ailleurs développée. Elle comporte une modélisation multi-échelle, la reconstruction des contraintes résiduelles et de l’écrouissage ainsi que la simulation du chargement cyclique. Une modélisation macroscopique de la plasticité cyclique de l’acier est d’abord réalisée. Une approche auto-cohérente du durcissement/adoucissement cyclique est ensuite développée. Enfin, une nouvelle méthode de reconstruction des contraintes résiduelles et de l’écrouissage est proposée et appliquée à une structure SMATée

This work aims at highlighting the impact of the SMA process (Surface Mechanical Attrition Treatment) on the oxidation resistance of steels of type AISI 316L. This study compares the composition and morphology of the oxide layers, the oxidation kinetics, the growth mechanisms and the residual stresses on the surface of treated and oxidized samples at different temperatures. These observations show a beneficial effect of the SMA process on the oxidation resistance of the 316L steel for high temperatures. Indeed, the oxidation kinetics of the treated samples is shown to be related to a preferential growth of chromia starting at 700°C. This led us to conclude that the SMAT used on the 316L reverses the main oxide phase, inhibiting the growth of the hematite and promoting the chromia. An oxidation scenario for untreated and SMATed steel samples is proposed, demonstrating the role of the density of the grain boundaries introduced by the mechanical treatment. During this work, a comprehensive numerical chaining process is proposed. It takes into account the process parameters and mechanical properties of the material, in order to predict the characteristics of the nanostructure generated by SMAT, that could influence the oxidation of this stainless steel at high temperatures, Ce travail a permis de mettre en évidence l’impact du procédé SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) sur la résistance à l’oxydation des aciers de type AISI 316L. Cette étude a permis de comparer la composition et la morphologie des couches d’oxydes, la cinétique d'oxydation, les mécanismes de croissance et les contraintes résiduelles sur les surfaces des pièces traitées et oxydées à différentes températures. Ces observations ont montré l’existence d’un effet bénéfique du SMAT sur la résistance à l’oxydation de l’acier 316L pour des hautes températures. En effet, la cinétique d’oxydation des échantillons traités semble être reliée à une croissance préférentielle de chromine dès 700°C. Ceci nous a amenés à conclure que le procédé SMAT utilisé sur le 316L inverse la phase d’oxyde majoritaire, en inhibant la croissance de l’hématite et en favorisant celle de la chromine. Un scénario d’oxydation pour l’acier brut et Smaté a ainsi été proposé et le rôle de la densité des joints de grains introduits par le traitement a été explicité. Pendant ce travail, il a également été proposé un chaînage numérique complet qui prendrait en compte les paramètres du procédé et les propriétés mécaniques du matériau, afin de prévoir les caractéristiques de la nanostructure générée suite au traitement SMAT, en lien possible avec son influence sur l’oxydation à hautes températures

Stress relaxation cracking can potentially be found in the heat affected zone of large welded parts after service in the 500-700°C temperature range. This phenomenon, known as reheat cracking (RC), is driven by the high temperature relaxation of residual stress fields initially introduced during welding. The main objective of this doctoral thesis is to identify the material and microstructural characteristics as well as the driving forces responsible for RC damage development in AISI 316L-type austenitic stainless steels.The proposed methodology relies on the reproduction of RC conditions in five chemically different AISI 316L-type steels using pre-compressed CT-like specimens. Subsequent investigation using SEM, EBSD, TEM and X-ray tomography revealed that intergranular damage had developed in some of the specimens. The extent of damage was found to depend on the steel grade, the temperature and duration of the thermal exposure, and the notch radius.The numerical investigation of the local residual stress and strain fields in the specimens was carried out using a novel internal state variable-based viscoplastic constitutive model. A comparison between the predicted residual stress fields in the CT-like specimens and the intergranular damage distributions measured by X-ray tomography enabled the threshold level of local residual stresses associated with the initiation of stress relaxation microcracks to be inferred. Finally, the distribution of the measured local RC damage was modelled numerically by explicitly linking a suitable phenomenological scalar damage law with the above constitutive model. The corresponding results were found to be consistent with the observed damage distributions.; La fissuration en relaxation (FER) peut apparaître dans les zones affectées par la chaleur de larges pièces soudées pendant leur utilisation entre 500 et 700°C. Il est admis que ce phénomène est induit par la relaxation à haute température de champs de contraintes résiduelles initialement introduits lors du soudage. L'objectif de ce travail est d'identifier, dans les aciers de type AISI 316L, les caractéristiques de ce type de matériaux, ainsi que les forces motrices, responsables du développement de la fissuration en relaxation.La méthodologie proposée consiste à reproduire les conditions de la FER dans cinq aciers de type AISI 316L de compositions chimiques différentes en utilisant des éprouvettes de type « Compact Tension » (CT) pré-comprimées. L'étude des éprouvettes à l'aide du MEB, de l'EBSD, du MET et de la tomographie X a révélé que de l'endommagement intergranulaire s'était développé dans quelques une d'entre elles. Le niveau d'endommagement mesuré dans chaque éprouvette dépend de la nuance de l'acier, de la température et de la durée d'exposition thermique, et du rayon d'entaille.Ce travail implique également la prédiction numérique des champs de déformations et de contraintes résiduelles dans les éprouvettes à l'aide d'une nouvelle loi de comportement viscoplastique à variables internes. La comparaison entre les champs de contraintes résiduelles prédits dans les éprouvettes de type CT et les distributions d'endommagement mesuré par tomographie a permis de déduire le niveau de contrainte résiduelle critique nécessaire pour l'initiation de la FER. Finalement, les distributions d'endommagement mesurées expérimentalement ont pu être correctement prédites numériquement avec une loi phénoménologique d'endommagement scalaire alimentée par les prédictions du modèle de comportement viscoplastique.

L’objectif principal de ce travail est de concevoir au sein de notre laboratoire un banc d'essai de fatigue et de chocs thermiques. Il a été mis à profit, dans un premier temps, dans l’étude de l’influence de la fatigue thermique (180 – 550°C) et des chocs thermiques (20 – 600°C) sur la tenue au frottement et à l’usure d’un revêtement en acier inoxydable austénitique AISI 304L. Ce revêtement a été déposé par le procédé de soudage T.I.G sur des éprouvettes en acier ferritique 42CD4. L'étude concerne 3 états différents du dépôt : sensibilisé, sensibilisé écroui en surface et hypertrempé. Les profils de microdureté des dépôts cyclées montrent un adoucissement au niveau de la zone de liaison entre le substrat et le dépôt, par rapport au dépôt de référence "brut de soudage". On a constaté, que l'évolution microstructurale observé sur tous les dépôts analysés au microscope optique, influe considérablement sur la cinétique d'usure et les pertes de masse, surtout en surface. Nous nous sommes intéressé également à l'étude du frottement. On a constaté que son évolution est irrégulière dans le sens de l'épaisseur et qu'il est indépendant des pertes de masse. L'analyse des traces d'usure au MEB a démontré l'influence de l'état de surface sur les pertes de masse, surtout après chocs thermiques; l'usure abrasive est aggravée par un désagrégement de la surface due à la corrosion. L'écrouissage de la surface favorise la formation de fissures transgranulaires et diminue l'effet des chocs thermiques sur les pertes de masse. Dans ce cas, l'usure passe d'une usure douce dite surcontrainte au début vers une usure abrasive plus sévère en fin d’essai.Mots clés: fatigue thermique; choc thermique; acier inoxydable austénitique; frottement; usure; soudage. The main objective of this work is to design an experimental set up for thermal fatigue and shocks analyses. Initially, The influence of thermal fatigue (180-550°C) and of thermal shocks (20-600°C) on both friction and wear of a coating is studied in an AISI 304L austenitic stainless steel. This coating has been deposit by T.I.G welding process on specimens made out of 42CD4 ferritic steel. The study concerns tree different cases of deposits: sensitized, sensitized and strain hardened in surface and hyperquenched (not sensitized). The profiles of cycled microhardness deposits show a softening at the contact zone between the substrat and the deposit, with respect to the reference deposit (welding raw deposit). It is noted, that the microstructural evolution observed in all deposits, as analyzed by optical microscopy, affects considerably the wear kinetics and the rate of weight loss, especially at the surface. It is also observed that friction evolution is irregular in thickness direction and it is independent of the observed weight loss. Wear traces analysis by SEM demonstrated the influence of surface quality on weight loss, especially after thermal shocks and abrasive wear is aggravated by surface disintegration as a result of corrosion. The strain hardening of the surface favors the formation of transgranular cracks and lowers thermal shock effetcs on weight loss. In this case, wear evolves at the beginning, from soft wear called "overstress” towards a severe abrasive wear by the end of the test.Keywords: thermal fatigue; thermal shocks; austenitic stainless steel; friction; wear; welding.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Un nouveau dispositif expérimental est utilisé pour étudier les phénomènes de fatigue thermique dans les matériaux de structures de centrales nucléaires au travers de chocs thermiques cycliques par un laser de puissance. Un essai de fatigue, sur un acier AISI 316 L(N), est mené jusqu'à apparition de fissure (800µm) avec une température initiale de l'échantillon de 380°C et une variation cyclique de température de 200°C à une fréquence de 1.5 Hz. Les champs de température et de déformation dans la zone d'impact sont mesurés expérimentalement sans contact. Grâce à la synchronisation des caméras et à la méthode de corrélation d'image numérique, les premiers stades d'amorçage et de propagation peuvent être estimés.

This study focuses on the characterization of plastic fatigue damage process of an austenitic stainless steel. The aim is to clarify the nature and proportions of the different stages of damage in the life of the material. Interrupted fatigue tests were established to monitor the evolution of the damage and to propose a description. At each stop, surface observations were performed for different amplitudes total strain. These observations have been completed by monitoring acoustic emission. Fatigue tests under constants amplitudes loading highlight three stages of damage. A model was proposed and compared to results obtained in fatigue under variables amplitudes loading., Cette étude porte sur la caractérisation des processus d’endommagement en fatigue plastique d’un acier inoxydable austénitique. L’objectif est de préciser la nature et la part respective des différents stades d’endommagement dans la durée de vie du matériau. Des essais de fatigue oligocyclique, interrompus, ont été mis en place afin de suivre l’évolution de l’endommagement et d’en proposer une description. A chaque arrêt, des observations en surface, pour les différentes amplitudes de déformations totales imposées ont été réalisées. Ces observations ont été complétées par un suivi par émission acoustique. Les essais de fatigue sous chargement à amplitude constante mettent en évidence trois stades d’endommagement. Une modélisation a été proposée puis confrontée aux résultats obtenus en fatigue sous chargement à amplitude variable.

Coupled mechanical and thermochemical surface treatments have been the subject of much research effort in recent years. The goal of such a coupling is to improve diffusion kinetics leading to increased penetration depths, and/or to decrease the treatment temperature for mechanically pretreated materials. In this work, SMAT (Surface Mechanical Attrittion Treatment), used to refine the grain size by severe plastic deformation, is combined with plasma nitriding of a 316L medical-grade stainless steel. This duplex process significantly improves nitrogen diffusion. An intermediate treatment between SMAT and plasma nitriding is also proposed and its significant effect on the nitrogen diffusion is demonstrated. Comparisons between nitrided-only samples and duplex-treated samples have shown up to 60% increase of the nitrided layer thickness. In order to better understand the link between the generated microstructures and the mechanical fatigue and tribological responses, the samples have been characterised by many different techniques. Also, a multiscale numerical model of the diffusion process is proposed in order to simulate the nitrogen concentration profiles after duplex treatment. The simulated and experimental profiles correspond rather well; Le couplage des traitements de surface mécaniques et thermochimiques a fait l’objet de nombreuses études ces dernières années. L’objectif d’un tel couplage est l’amélioration des cinétiques de diffusion d’espèces chimiques résultant en une augmentation des profondeurs de diffusion, et/ou une diminution de la température du traitement thermochimique sur les matériaux prétraités mécaniquement. Dans cette thèse, le procédé SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) de nanocristallisation superficiel par déformation plastique sévère a été combiné avec la nitruration plasma sur un acier inoxydable 316L de qualité médicale. Ce procédé duplex permet une amélioration notable sur la capacité de diffusion de l’azote sous la surface de l’acier SMATé. Une étape intermédiaire entre le SMAT et la nitruration plasma a été proposée ; son rôle significatif pour la diffusion de l’azote a été démontré. Ainsi, la comparaison des résultats obtenus après la nitruration plasma sur les échantillons SMATés avec ceux uniquement nitrurés a permis de constater une augmentation jusqu’à 60% de l’épaisseur des couches nitrurées. Par ailleurs, de nombreux moyens de caractérisation ont été mis en œuvre à travers divers essais mécaniques de fatigue et de tribologie. Un modèle numérique multi-échelle de diffusion a également été développé pour simuler les profils de concentration d’azote après traitement duplex. Les profils de concentration d’azote simulés sont en bon accord avec les résultats expérimentaux

Cet article représente une synthèse des études menées au CEA/SRMA, en collaboration avec l'ENSMP, sur la fissuration en relaxation (F.E.R.) des aciers inoxydables austénitiques. Initialement, l'étude a porté sur l'endommagement des Zones Affectées (Z.A.) des soudures en aciers stabilisés au titane de type AISI 321. Une démarche de simulation expérimentale de Z.A. par des traitements thermo-mécaniques a été mise en place. Un essai de relaxation sur éprouvette CT a également été mis au point afin de reproduire en laboratoire ce type de fissuration. Outre la validation de cette démarche, il a été montré que l'écrouissage joue un rôle prépondérant sur la fragilisation intergranulaire et que le vieillissement atténue cette fragilisation contrairement à ce qui est couramment admis dans la littérature. Cette remise en cause du rôle premier de la précipitation des carbonitrures de titane permet d'élargir le champ d'investigation aux aciers non stabilisés pour lesquels il existe un certain nombre de cas de fissuration similaires à ceux attribués à la F.E.R. En appliquant la démarche précédente à des aciers de type AISI 316 et AISI 304, on montre aussi que l'écrouissage est un facteur de fragilisation intergranulaire. Parallèlement, on établit, par approche locale de la rupture, un modèle d'endommagement intergranulaire utilisable pour l'évaluation du risque de fissuration sur des composants réels.

Austenitic stainless steels are widely used in the nuclear industry as internals. These structures reside mainly in the reactor vessel and, due to their proximity with fuel assemblies, are subjected to severe operating conditions. These elements are exposed to high irradiation doses which can reach 100 dpa after 40 years of operating, at a temperature close to 350°C. These operating conditions affect the microstructure of steels and their mechanical behavior, which leads to the deterioration of their mechanical properties and their corrosion resistance. The objective of this PhD research work is to establish at the atomic scale a constitutive law describing the edge dislocation motion in a random Fe-Ni10-Cr20 solid solute solution, to bring a comprehensive understanding of the interaction mechanism between the edge dislocation and the Frank loops and to investigate the effect of temperature, alloying random generator, orientation and size of the Frank loop on the mechanical stress. To achieve these objectives, molecular dynamics simulations were conducted with a recently developed FeNiCr potential used to mimic the behavior of austenitic stainless steels. These simulations have been performed in static conditions as well as at 300 K, 600 K and 900 K and the interactions realized for loop sizes of 2nm and 10nm. A constitutive law taking into account the temperature and strain rate is proposed; the interaction between the edge dislocation and the Frank loop revealed 3 kinds of interaction mechanisms: simple shearing, unfaulting and absorption of the loop. Absorption is the most stable mechanism; the analyses of the resulting mechanical properties have shown that the unfaulting mechanism requires the highest stress to make the dislocation overcome the obstacle. On the other hand, contrary to previous studies, the unfaulting of the loop surface occurs only when the dislocation comes into contact with the edge dislocation; for the 2 nm Frank loop size, the coupling between the probability of the outcome of the reaction and the average strength of the obstacle constitutes useful data for Dislocation Dynamics simulations. The observations of the resulting Frank loop configurations following the interaction with the dislocation allow justifying the emergence of clear bands observed in TEM. This work has been partially supported by the European Commission FP7 with the grant number 232612 as part of the PERFORM 60 project., Les aciers inoxydables austénitiques sont très utilisés dans l’industrie nucléaire comme structure interne. Ces structures se retrouvent en grande majorité dans la cuve du réacteur et, du fait de leur proximité avec les assemblages combustibles, sont soumis à de rudes conditions d’utilisation. Ces éléments sont donc exposés à des doses d’irradiation élevées et peuvent atteindre 100 dpa après 40 ans d’utilisation, à une température proche de 350°C. Ces conditions d’utilisation modifient la microstructure de l’acier et son comportement mécanique, ce qui entraîne une dégradation de leurs propriétés mécaniques et de leur résistance à la corrosion. L’objectif de cette thèse est d’établir à l’échelle atomique une loi de comportement décrivant le déplacement d’une dislocation coin dans une solution solide Fe-Ni10-Cr20, d’apporter une compréhension des mécanismes d’interaction entre une dislocation coin et une boucle de Frank et d’investiguer l’effet de la température, du générateur aléatoire d’alliage, de l’orientation et du diamètre de la boucle sur la contrainte mécanique. Pour atteindre ces objectifs, des simulations en dynamique moléculaire sont réalisées, basées sur potentiel FeNiCr récemment développé pour imiter le comportement de l’acier austénitique inoxydable. Les simulations sont réalisées en conditions statiques, à 300 K, 600 K et 900 K et les interactions effectuées pour des tailles de boucle de Frank de 2 nm et 10 nm. nous proposons une loi de comportement où sont incluses la température et la vitesse de déformation; l’interaction entre la dislocation coin et la boucle de Frank révèle trois types de mécanismes d’interactions : le cisaillement simple, le défautement et l’absorption de la boucle. L’absorption est le mécanisme le plus stable ; Les analyses des propriétés mécaniques résultantes ont montré que le mécanisme de défautement requiert la contrainte la plus élevée pour que la dislocation franchisse l’obstacle. D’autre part, contrairement aux études précédentes, le défautement de la surface de la boucle n’a lieu que lorsque celle-ci entre en contact avec la dislocation coin ; dans le cas de la boucle de Frank de 2 nm, la corrélation entre la probabilité du mécanisme d’interaction et la force moyenne de l’obstacle constitue des données utiles pour les simulations en Dynamique des Dislocations. Les observations des configurations résultantes de la boucle de Frank suite à l’interaction avec la dislocation permettent de justifier l’apparition de bandes claires observées au MET. Ce travail a été partiellement soutenu par la Commission européenne FP7 par le numéro de subvention 232612 dans le cadre du projet PERFORM 60.

The objective of this study is to characterize the oxidation behavior of 304L stainless steel (SS) in representative conditions of spent nuclear fuel reprocessing, i.e. in hot and concentrated nitric acid. In these conditions the SS electrochemical potential is in the passive domain and its corrosion rate is low. However when the media becomes more aggressive, the potential may be shifted towards the transpassive domain characterized with a high corrosion rate. Passivity and passivity breakdown in the transpassive domain are of a major interest for the industry. So as to characterize these phenomenons, this work was undertaken with the following representative conditions: a 304L SS from an industrial sheet was studied, the media was hot and concentrated HNO3, long term tests were performed. First, the surface of an immerged 304L SS was characterized with several complementary techniques from the micro to the nanometer scale. Then oxidation kinetics was studied in the passive and in the transpassive domain. The oxidation behavior was studied thanks to weight loss determination and surface analysis. Finally, oxidation evolution as a function of the potential was studied from the passive to the transpassive domain. In particular, this allowed us to obtain the anodic curve of 304L SS in hot and concentrated and to define precisely the 304L SS limits of in such conditions.; L'objectif de cette thèse est de caractériser le comportement en oxydation de l'acier inoxydable austénitique 304L dans des conditions représentatives du fonctionnement de l'usine de traitement-recyclage du combustible nucléaire usé, c'est-à-dire en milieu acide nitrique concentré. Dans ces conditions, le potentiel électrochimique de l'acier est dans le domaine passif, où sa corrosion est faible. Ce matériau trouve les limites à son utilisation lorsque les conditions deviennent plus oxydantes (concentration et température élevées par exemple). Le potentiel peut alors être porté dans le domaine transpassif. La caractérisation de la passivité et de la rupture de passivité dans le domaine transpassif est donc un enjeu industriel majeur.Ce travail est réalisé dans des conditions représentatives des conditions industrielles. L'acier étudié est un acier austénitique inoxydable 304L issu d'une coulée industrielle. Le milieu d'étude est l'acide nitrique concentré et chaud. Des durées de corrosion relativement longues sont choisies.Pour commencer, la chimie et la morphologie de la surface de l'acier est caractérisée, après une longue durée d'immersion, par des techniques d'analyse complémentaires. Puis, l'oxydation de l'acier est étudiée à un potentiel du domaine passif et à un potentiel du domaine transpassif. En particulier, l'oxydation est caractérisée en fonction du temps par la perte de masse et les propriétés de la surface. Enfin, l'oxydation est décrite à différents potentiels couvrant le domaine passif et le début du domaine transpassif. Ceci permet notamment de quantifier la courbe anodique et de définir les limites d'utilisation de l'acier dans ces conditions.

National audience; Cette contribution présente les résultats numériques et expérimentaux d'une étude sur la modélisation de la fissuration à chaud. Les résultats numériques issus de Code_Aster complètent ainsi les essais JWRI permettant d'identifier les critères de fissuration à chaud. Cette étude fait ressortir une chute de ductilité critique de l'ordre de 1,5% (Modèle macroscopique basée sur la mécanique des solides).See http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/27/42/ANNEX/r_ZMQYWQMR.pdf

Although crack initiation is proved to play an important role in fatigue, its mechanisms have not been fully understood. Some crack initiation criteria based on physical mechanisms of plastic deformation have been defined. However, these criteria are not easy to use and valid, as they need local variables at the grain scale. The present study aims at establishing a crack initiation criterion in low-cycle fatigue, which should be usable under variable amplitude loading conditions.Tension-compression fatigue tests were first carried out to characterize the mechanical behavior of the stainless steel AISI 316L studied. The mechanical behavior was simulated using a self-consistent model using a crystalline plastic law based on dislocation densities. The evolution of surface damage was observed during a fatigue test using an in situ optical microscopic device. Cracks were analyzed after 2000 cycles and their crystallographic characteristics calculated. As surface grains exhibit larger strain because they are less constraint by neighbor grains, a specific numerical frame is necessary to determine stress state in surface grains. A localization law specific to surface grains under cyclic loading was identified from finite element simulations. The proposed form needs an intergranular accommodation variable, on the pattern of the localization law of Cailletaud-Pilvin. Stress-strain state in surface grains was simulated. Potential indicators for crack initiation were then compared on a same experimental data base. Indicators based on the equivalent plastic strain were found to be suitable indicators of fatigue damage.; Bien que l’amorçage de fissure joue un rôle important en fatigue, ses mécanismes ne sont pas encore pleinement compris. Des critères d'amorçage basés sur des mécanismes physiques de déformation plastique ont été proposés mais ne sont pas faciles à utiliser et à valider, car ils nécessitent des variables locales à l'échelle du grain. L'étude présente vise à établir un critère d'amorçage en fatigue oligocyclique, utilisable sous chargement d'amplitude variable.Le comportement mécanique de l'acier inoxydable AISI 316L étudié a été caractérisé en fatigue oligocyclique. Il a été modélisé par un schéma autocohérent utilisant une loi de plasticité cristalline basée sur l'évolution des densités de dislocations. L'endommagement de surface a été suivi pendant un essai de fatigue à l'aide d'un dispositif de microscopie optique in situ. Les fissures présentes après 2000 cycles ont été analysées et leurs caractéristiques cristallographiques calculées.Comme les grains de surface montrent une déformation plus importante à cause d'un moindre confinement par les grains voisins, il est nécessaire de définir une loi de localisation spécifique aux grains de surface. La forme proposée fait intervenir une variable d'accommodation intergranulaire, sur le modèle de la loi de localisation de Cailletaud-Pilvin. Elle a été identifiée à partir de simulations par éléments finis. L'état des contraintes et des déformations dans les grains de surface a alors été simulé. Des indicateurs d'amorçage potentiels ont ensuite été comparés sur une même base expérimentale. Deux indicateurs pertinents de l'endommagement en fatigue ont pu être obtenus.

During recent years, a growing interest has been focused on the potential use of austenitic stainless steels as crash-relevant structures of automobiles due to their high energy absorbing capacity and excellent formability. This properties improvement is due to the transformation induced plasticity (TRIP) which occurs during the gamma → alpha' transition in unstable grades. The mechanical behaviour of two grades AISI 301LN and AISI 201 were studied under tension over a wide temperature range [-150°C; +150°C] and at various stain rates [3.10-4 s-1; 200 s-1] in order to cover forming and crash conditions. The evolution of the alpha' martensite amount formed was followed by magnetic measurements with a dedicated device. A thermodynamical law were used to model the gamma → alpha' transformation kinetics. Deformation microstructures have been identified via X-ray diffraction and TEM. The resulting transformation and deformation modes indicate that high strain rate favoured planar defects formation and promote gamma → alpha' transformation when temperature is around Md. The materials tensile behaviour has been model by a mixture law. Triaxiality ratio impact has been studied by testing the materials under simple shear, plane strain state and balanced biaxial tension. The local strain state appears to be a significant parameter regarding the martensite volume fraction measured. The loading path influence was explored by changing for a given specimen the loading orientation. The variation observed on the stress-strain curves and the alpha' volume fraction measured indicates that the martensitic transformation should be considered at the scale of the implicated slip systems. The main results of the present study are: i) 301LN and 201 grade present different deformation modes but their comparable mechanical properties allow the materials to be substitute each other for automotive applications. ii) The increase of strain rate promotes the martensites (alpha' and epsilon) and twins formation. iii) A good representation of transformation kinetics is subjected to crystal scale description. iv) The softening effect of the transformation cannot be described using the classical homogenization laws for composite. During recent years, a growing interest has been focused on the potential use of austenitic stainless steels as crash-relevant structures of automobiles due to their high energy absorbing capacity and excellent formability. This properties improvement is due to the transformation induced plasticity (TRIP) which occurs during the gamma → alpha' transition in unstable grades. The mechanical behaviour of two grades AISI 301LN and AISI 201 were studied under tension over a wide temperature range [-150°C; +150°C] and at various stain rates [3.10-4 s-1; 200 s-1] in order to cover forming and crash conditions. The evolution of the alpha' martensite amount formed was followed by magnetic measurements with a dedicated device. A thermodynamical law were used to model the gamma → alpha' transformation kinetics. Deformation microstructures have been identified via X-ray diffraction and TEM. The resulting transformation and deformation modes indicate that high strain rate favours planar defects formation and promotes gamma → alpha' transformation when temperature is around Md. The materials tensile behaviour has been model by a mixture law. Triaxiality ratio impact has been studied by testing the materials under simple shear, plane strain state and balanced biaxial tension. The local strain state appears to be a significant parameter regarding the martensite volume fraction measured. The loading path influence was explored by changing for a given specimen the loading orientation. The variation observed on the stress-strain curves and the alpha' volume fraction measured indicates that the martensitic transformation should be considered at the scale of the implicated slip systems. The main results of the present study are: i) 301LN and 201 grade present different deformation modes but their comparable mechanical properties allow the materials to be substitute each other for automotive applications. ii) The increase of strain rate promotes the martensites (alpha' and epsilon) and twins formation. iii) A good representation of transformation kinetics is subjected to crystal scale description. iv) The softening effect of the transformation cannot be described using the classical homogenization laws for composite.; La recherche de "solutions aciers" peu coûteuses alliant conjointement allègement pondéral et sécurité passive est au cœur des problématiques actuelles dans l'industrie automobile. C'est pourquoi le développement de nuances à haute résistance s'en trouve fortement accru, en particulier les alliages inoxydables austénitiques qui présentent une transformation induite par la plasticité (effet TRIP), laquelle améliore considérablement les propriétés mécaniques de ces aciers. L'introduction dans les codes de calcul lors du prototypage de véhicules des modèles appropriés, passe par une bonne connaissance des mécanismes de transformation et de déformation se produisant dans ces matériaux. On a étudié le comportement mécanique et la transformation martensitique dans deux aciers inoxydables austénitiques : 301LN et 201. Pour connaître l'influence de la température sur le comportement de ces alliages, des essais de traction ont été réalisés dans le domaine de température [-150°C ; 150°C] couvrant largement les conditions de mise en forme et de crash en zone froide. De même, l'analyse de la résistance des matériaux au crash a été effectuée via l'étude du comportement en traction aux grandes vitesses de déformation s'étendant de 5.10-4 s-1 à 200 s-1. Des mesures de dosage magnétique à saturation ont permis d'évaluer les fractions volumiques de martensite alpha' formée dans les différentes conditions thermomécaniques. Une loi de transformation thermodynamique a été écrite permettant de modéliser les cinétiques de transformation gamma → alpha' obtenues. Les microstructures de déformation ont été identifiées par diffraction des rayons X et par microscopie électronique en transmission. L'établissement de cartographies de ces microstructures en fonction de la température et de la vitesse de déformation a permis de déterminer les modes de transformation et de déformation dans chaque alliage. On montre que l'accroissement de la vitesse de déformation favorise l'apparition de défauts planaires et la formation de martensite alpha' quand la température en cours d'essai est proche de Md. Outre les caractéristiques en traction, l'influence du taux de triaxialité sur la transformation martensitique a été étudiée. Les chargements suivants ont été appliqués : cisaillement simple, traction plane et expansion équibiaxiale. Les fractions volumiques relevées dans ces conditions laissent penser que l'état de déformation local dans les alliages est un paramètre significatif pour décrire la transformation martensitique. L'impact de chargements non proportionnels a été étudié en faisant varier pour un échantillon donné, l'orientation de la sollicitation dans deux directions non parallèles. Les modifications relevées sur les courbes de traction ainsi que les fractions volumiques mesurées font ressortir l'importance de la prise en compte de la transformation martensitique à l'échelle des systèmes de glissement mis en jeu. Il ressort principalement de cette étude : (i) que les deux nuances 301LN et 201 sont substituables pour les applications visées malgré une différence des modes de déformation. (ii) que l'augmentation de la vitesse de déformation favorise la formation de martensites (alpha' et epsilon et de macles. (iii) qu'une bonne représentation des cinétiques de transformation passe par la description de la transformation à l'échelle cristalline. (iv) que les modèles classiques d'homogénéisation de composite sont insuffisants pour rendre compte du caractère adoucissant de la transformation de phase.

Some cases of cracking of 304L austenitic stainless steel components due to thermal fatigue were encountered in particular on the Residual Heat Removal Circuits (RHR) of the Pressurized Water Reactor (PWR). EDF has initiated a R&D program to understand assess the risks of damage on nuclear plant mixing zones. The INTHERPOL test developed at EDF is designed in order to perform pure thermal fatigue test on tubular specimen under monofrequential thermal load. These tests are carried out under various loadings, surface finish qualities and welding in order to give an account of these parameters on crack initiation. The main topic of this study is the research of a fatigue criterion using a micro:macro modelling approach. The first part of work deals with material characterization (stainless steel 304L) emphasing the specificities of the surface roughness link with a strong hardening gradient. The first results of the characterization on the surface show a strong work-hardening gradient on a 250 microns layer. This gradient does not evolved after thermal cycling. Micro hardness measurements and TEM observations were intensively used to characterize this gradient. The second part is the macroscopic modelling of INTHERPOL tests in order to determine the components of the stress and strain tensors due to thermal cycling. The third part of work is thus to evaluate the effect of surface roughness and hardening gradient using a calculation on a finer scale. This simulation is based on the variation of dislocation density. A goal for the future is the detemination of the fatigu criterion mainly based on polycrystalline modelling. Stocked energy or critical plane being available that allows making a sound choice for the criteria.; Quelques cas de fissurations de composants en acier inoxydable austénitique 304L dus à un phénomène de fatigue thermique ont été recensés, en particulier sur les circuits de Refroidissement du Réacteur à l'Arrêt (RRA) des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). EDF a lancé un programme de R&D afin de comprendre et d'évaluer les risques de dommages dans ces circuits. Le test développé à EDF, INTHERPOL, est un essai de fatigue thermique de type structure sur maquette tubulaire et soumis à un chargement périodique. Ces essais sont réalisés sous différents niveaux de chargement, états de surface et soudures afin de rendre compte de ces paramètres sur l'amorçage des fissures. L'objectif de cette étude est de définir une méthodologie permettant la justification d'un critère de fatigue tenant compte de l'influence de l'état de surface, à l'aide d'une approche multi-échelle. La première partie du travail consiste à caractériser le matériau (304L) et particulièrement sa surface. Les premiers résultats de la caractérisation de la surface montrent un fort gradient d'écrouissage initial du matériau sur 250 microns en profondeur. Ce gradient n'évolue pas avec le cyclage thermique. Pour cette caractérisation, des mesures de microduretéet des observations de la microstructure (MET) ont été réalisées. La deuxième partie est la modélisation macroscopique des essais INTHERPOL permettant de déterminer les champs de contrainte et déformation issus des cycles thermiques. La troisième partie du travail consiste ensuite à évaluer l'effet de la rugosité de surface et du gradient d'écrouissage à échelle plus fine à l'aide d'une modélisation à l'échelle du polycristal, basée sur la variation des densités de dislocations. Un objectif pour l'avenir est d'aider, par ces modélisations polycristallines, au choix de critères de fatigue prenant en compte l'influence de l'état de surface (critères énergétiques ou de types plan critique par exemple).

A valve is a complex part obtained today by hot forming from a steel bar. This research work was the occasion to study the feasibility of exhaust valve cold forming. Two main objectives : saving thermal energy and produce a near net shape part. Two problems to solve : limited material ductility and higher mechanical solicitation of the forging tools. Exhaust valves are usually in austenitic stainless steel and for some specific applications in Nickel base superalloy with higher characteristics but with a dissuasive cost. Between these two families, there are the Iron base superalloys with mean characteristics and costs. We will begin by a brief presentation of the project objectives and the state of the art. Then, from the existing alloy characterisation, we have developed new alloys obtained using the Cemef Custom Casting Platform (C3P). We have shown that these new alloys are able to be cold formed in valves. The forming process study permit to show the crack apparition risk and to study the influence of the process parameters. Finally, a micro scale simulation has shown the ductile rupture initiation.; Une soupape est une pièce complexe, aujourd'hui obtenue par mise en forme à chaud à partir d'une barre ou d'un fil. Dans un contexte concurrentiel de plus en plus sévère, les industriels du domaine sont à la recherche de la moindre économie. Ce travail de recherche à permis d'étudier la faisabilité de la mise en forme à froid de soupapes d'échappement. Deux objectifs à ce nouveau procédé : une économie d'énergie thermique conséquente et un état de livraison near net shape. Deux obstacles à surmonter : une ductilité de la matière limitée et une sollicitation mécanique des outillages plus importante. Les soupapes d'échappement courantes sont en acier inoxydable austénitique, mais certaines applications niches ont amené à utiliser des superalliages base nickel à plus hautes caractéristiques, dont le coût matière reste cependant trop élevé pour se démocratiser. Entre les deux se situent les superalliages base fer aux caractéristiques et au coût matière intermédiaires. L'exposé débutera par un bref rappel des enjeux du projet et de une présentation de l'état de l'art. A partir de la caractérisation des nuances existantes, de nouvelles nuances ont été développées et obtenues via le plateau de fusion et coulée C3P du Cemef. Les essais menés sur ces nouvelles nuances ont mis en évidence la possibilité d'obtenir des soupapes mises en forme à froid. En parallèle, l'étude du procédé de mise en forme a permis de mettre en évidence les risques d'apparition de rupture, et d'étudier l'influence des paramètres du procédé sur les risques d'apparition de rupture. Une simulation à l'échelle micro a enfin permis de mettre en évidence la source de la rupture ductile.

Ultrasonic propagation simulation in anisotropic and heterogeneous media is essential for nondestructive testing by ultrasounds of multipass austenitic stainless steel welds that are specific of piping in nuclear power stations. Scattering at grain boundaries leads to a strong attenuation as a function of grain orientation. Attenuation measurement is complex. The implemented technique allows taking into account the physical reality of the beams and the material anisotropy. Ultrasonic propagation through the samples is modeled with transmission coefficients calculated with any incidence on a triclinic material. This method results in an increase of the attenuation versus grain orientation. For the first time, measured attenuation coefficients are integrated into a simulation code that validated them by comparison with experience., La simulation de la propagation ultrasonore est un enjeu important du contrôle non destructif des soudures multipasses en acier inoxydable austénitique, spécifiques des tuyauteries de centrale nucléaire. Ces soudures anisotropes hétérogènes causent une diffusion des ultrasons aux joints de grains entraînant une forte atténuation, fonction de l’orientation des grains. La mesure de cette atténuation est complexe. La méthode mise en œuvre permet de prendre en compte la réalité physique des faisceaux et l’anisotropie du matériau. La propagation ultrasonore à travers les échantillons est modélisée à l’aide des coefficients de transmission calculés en incidence quelconque sur un matériau triclinique. Cette méthode permet d’aboutir à une atténuation croissante en fonction de l’orientation des grains. Pour la première fois, les coefficients d’atténuation mesurés ont été intégrés à un code de simulation qui a permis leur validation par la comparaison avec l’expérience.

La fissuration en relaxation se développe au voisinage de certaines soudures en acier inoxydable austénitique lorsque celles-ci sont réchauffées à des températures supérieures à 450 °C. Cet endommagement intergranulaire intervient lorsque les zones affectées ne possèdent pas une ductilité suffisante pour relaxer les contraintes résiduelles liées au soudage. L'analyse de zones affectées en acier 316 (17Cr-12Ni-2.5Mo) a montré que celles-ci étaient fortement écrouies lors du soudage et que les fissures intergranulaires résultaient de la coalescence de micro-cavités similaires à celles observées en fluage. Une microstructure équivalente à celle des zones affectées a été reproduite par laminage pour trois aciers de type 316 possédant des teneurs en carbone et en azote différentes (316L, 316L(N), 316H). Des essais de traction, de fluage et de relaxation ont été réalisés à 550°C et à 600°C sur des éprouvettes lisses, entaillées et pré-fissurées prélevées dans ces coupons laminés ainsi que dans des coupons vierges. L'écrouissage entraîne un fort durcissement lié à l'effet direct de l'augmentation de la densité de dislocations et une chute de la ductilité qui n'est pas due à un changement de mécanisme de rupture mais à une augmentation de la cinétique d'endommagement intergranulaire. Cette fragilisation par écrouissage est telle que l'on est parvenu à reproduire la propagation de fissure en relaxation sur matériau écroui alors qu'elle reste très limitée sur matériau vierge. L'importance de l'écrouissage sur la fissuration en relaxation, déjà évoquée par Chabaud-Reytier (1999) à propos d'un acier inoxydable stabilisé au titane de type 321 (18Cr-10Ni-0.5Ti), concerne donc également les aciers non stabilisés de type 316 quelle que soit leur teneur en éléments interstitiels. A partir de mesures de la densité locale de micro-fissures et de calculs des champs mécaniques par éléments finis, un nouveau modèle d'endommagement intergranulaire a été identifié sur des éprouvettes entaillées en acier 316L(N) testées en fluage à 600°C. Ce modèle permet de rendre compte de l'effet fragilisant de l'écrouissage, en fluage comme en relaxation, et met en évidence l'importance du taux de triaxialité des contraintes sur la cinétique de l'endommagement intergranulaire. Le risque de fissuration en relaxation au voisinage d'une soudure peut alors être estimé à partir des champs de contraintes et de déformations résiduelles.

Membre du Jury: Fissolo, Antoine et Degallaix, Gérard et Petit, Jean et Amzallag, Claude et Strudel, Jean Loup et Rémy, Luc; Les canalisations coudées des circuits de refroidissement des centrales thermiques sont soumises à des fluctuations thermiques de faible amplitude et de fréquence variable. Ces fluctuations associées aux variations de température des fluides présentent un risque de fissuration et de fuites. Afin de prévenir de tels risques, EDF a lancé le programme CRECO RNE 808, « Fatigue thermique des aciers inoxydables austénitiques 304L » pour étudier expérimentalement sur élément de volume, lamorçage et le début de propagation des fissures en fatigue thermique dans les aciers inoxydables austénitiques. Lobjectif est de comparer le comportement et lendommagement du matériau en fatigue mécano-thermique (cyclage en température + cyclage en déformation) et en fatigue isotherme et est orienté sur le problème RRA, dans lequel les conditions extrêmes ont été déterminées par EDF pour le métal Tmax = 165°C et Tmin = 90°C et où la fréquence des fluctuations thermiques peut atteindre un Hertz. Une sollicitation thermomécanique sur élément de volume est nécessaire en effet pour simuler la fatigue thermique des zones critiques dune structure. Des essais de fatigue isotherme, aux deux températures extrêmes du cycle thermique, ont montré un comportement similaire du matériau et un effet du module sur la réponse mécanique du matériau. On na pas constaté de réelle différence de durée de vie entre les deux températures étudiées pour des amplitudes de déformation mécanique supérieures à 0,18% alors que pour des faibles amplitudes de déformations la durée de vie du matériau diminue quand la température augmente. Des essais de fatigue mécano-thermique réalisés sur des éprouvettes prélevées dans une bride de barrière thermique et dautres sur une tôle ne montrent pas de différence que ce soit de point de vue comportement ou durée de vie pour des amplitudes de déformations mécaniques supérieures à 0,18%. Dans le but détudier leffet de la contrainte moyenne, induite par pré-écrouissage cyclique, sur la durée de vie du matériau, des essais ont été réalisés sur des éprouvettes pré-écrouies cycliquement à lambiante à ±1%. Une première comparaison des deux essais réalisés sur matériau pré-écroui ne montre pas de différence entre le chargement mécano-thermique et isotherme à 165°C que ce soit en terme de comportement ou de durée de vie. Un effet de la contrainte moyenne (préécrouissage monotone à lambiante) a été mis en évidence en fatigue isotherme à 165°C, avec une réduction importante de la durée de vie sur le digramme Dep/2 = f(Nf). Sous sollicitations mécano-thermiques, la durée de vie sur matériau pré-écroui est plus importante que dans des conditions isothermes à 165°C. Une étude du comportement en relaxation du matériau entre 50 et 250°C a montré la présence de deux stades de relaxation : un premier stade pendant lequel le matériau se relaxe rapidement avec une viscosité indépendante de la température et de la déformation plastique cumulée, et un deuxième stade pendant lequel la contrainte macroscopique varie peu dans le temps. Létude a montré que la capacité de relaxation du matériau diminue quand la température augmente de 50 à 250°C : le matériau présente donc une anomalie de comportement marquée dans ce domaine de températures. Un pré-écrouissage cyclique à lambiante à ±1% diminue le taux de relaxation du matériau à 50°C et fait apparaître une troisième stade de relaxation du matériau avec une viscosité plus importante. Un pré-écrouissage monotone à lambiante jusquà une contrainte maximale de 500MPa, réduit encore plus le taux de relaxation du matériau à 50 quà 250°C. Les essais de fatigue mécano-thermique à grand nombre de cycles (106 cycles et au delà) conduisent à des durées dessais pouvant dépasser un an. Afin dexplorer, néanmoins, leffet de lamplitude de déformation dans ce domaine de durée de vie, et compte tenu du fait que sur site les premiers stades damorçage se produisent dans des zones superficielles perturbées, nous avons réalisé des essais de propagation de fissures courtes à partir dune entaille (longueur 2a = 0.5mm) en plasticité généralisée en contrôle de déformation mécanique, comme sur élément de volume. Un modèle de durée de vie est introduit au dernier chapitre. Le calcul est basé sur les résultats des essais de fissuration en plasticité généralisée décrite dans le chapitre 6. En premier lieu un modèle de comportement cyclique est identifié aux deux températures 90 et 165°C. La deuxième partie sintéresse au calcul de durées de vie. À travers une représentation énergétique des résultats, nous avons discuté la validité du modèle de durée de vie en nous basant sur une analyse assez simplifiée. Deux approches sont présentées, avec pour chaque cas une comparaison des durées de vie expérimentales aux durées de vie obtenus expérimentalement en fatigue isotherme à 90 et 165°C et en fatigue mécano-thermique. Le modèle de durée de vie retenu a été validé en fatigue isotherme à 90 et 165°C ainsi quen fatigue mécano-thermique.

This study has shown the effect of strain hardening and strain rate on the Stress Corrosion Cracking (CSC) of austenitic stainless steel AISI 304L in nominal PWR environment. A significant part of the study was focused on the conditions leading to intergranular SCC. The initiation of SCC requires that strain hardening exceeds a threshold value (310 HV0,1). Crack propagation has only been observed when a plastic strain rate was imposed at the crack-tip, in a sufficiently strain hardened material. This is related to the absence of creep in this material at 360°C. Stress corrosion cracks can follow different paths : transgranular when the material has not been pre-strained, mixed/intergranular when the material has been strained following a complex path. Observations revealed the role of the obstacles to dislocations glide on the cracking mechanims., Ce travail a mis en évidence les effets de l’écrouissage et de la vitesse de déformation plastique sur la fissuration par Corrosion Sous Contrainte (CSC) en milieu primaire nominal REP (réducteur) de l’acier inoxydable austénitique AISI 304L. Une vaste part de l’étude aconsisté à rechercher les conditions conduisant en particulier à la CSC intergranulaire. L’amorçage de la CSC nécessite le dépassement d’un seuil d’écrouissage (310 HV0,1). La propagation d’une fissure n’est observée que lorsqu’une vitesse de déformation plastique estimposée en fond de fissure, dans un matériau suffisamment écroui. Ce phénomène peut s’expliquer par l’absence de fluage à 360°C. Les fissures de CSC peuvent suivre différents chemins : transgranulaire lorsque le matériau n’a pas été pré-écroui, mixte/intergranulairelorsque le matériau est déformé suivant un trajet complexe. Les observations ont mis en évidence le rôle des obstacles au glissement des dislocations dans le matériau sur le mécanisme de CSC.

Non disponible / Not available, Ce travail de thèse a pour but de contribuer à l'étude du comportement mécanique et de l'évolution microstructurale d'un acier inoxydable austénitique allié à l'azote : l'Uranus B66. La caractérisation mécanique est réalisée par des essais de compression sous sollicitation quasi-statique, quasi-dynamique et dynamique dans un domaine de température (77-673 K). Les essais dynamiques sont réalisés sur des barres de Hopkinson. L'évolution microstructurale est suivie par des observations en microscopie électronique en transmission. Une loi de comportement mécanique est identifiée et validée à l'aide d'essais d'impact sur cible rigide (tests de Taylor). Dans l'objectif d'améliorer ses propriétés mécaniques, le matériau est soumis à deux procédés de durcissement: le laminage à mi-chaud et les impacts de choc plans. Une étude comparative du comportement mécanique de ce matériau avec trois autres alliages à l'azote qui différent essentiellement par leur teneur en nickel est réalisée.

Not available, On présente une démarche expérimentale de caractérisation de la tenue mécanique des matériaux revêtus. Cette démarche est basée sur les tests de complexité croissante: 1 d'indentation Vickers sous forte charge normale, 2 de rayure monopasse à charge normale croissante et constante, 3 de frottement et d'usure par rayure multipasses à charge normale constante et par usure pion-disque. Appliquée à des revêtements d'acier inoxydable austénitique AISI 316L enrichi en azote et sur des revêtements de chrome (de 5 à 30 [micro]m d'épaisseur), la démarche a permis de dégager les principaux facteurs mécaniques et microstructuraux, intrinsèques et extrinsèques au dépôt, qui influent sur la fragilité et sur la résistance à l'usure du composite. On montre que la tenue mécanique est clairement une propriété du composite. La fragilité du dépôt est intimement liée aux propriétés mécaniques du substrat et de son état de surface initial avant la phase de dépôt. Le rodage et l'augmentation de la dureté du substrat améliorent la résistance à la fissuration du dépôt. La fragilité du dépôt et celle de son interface sont considérées comme les plus importants mécanismes d'endommagement du composite. Dans ce contexte, la charge critique de fissuration fragile, dans le dépôt ou à l'interface entre le dépôt et le substrat, est plus adéquate dans les tests micro mécaniques d'indentation et de rayure et dans les tests de frottement cyclique pour caractériser la fragilité du composite. La fragilité est d'autant plus importante que la densité de défauts et l'intensité des contraintes d'extension sont importantes. Enfin, on établit clairement l'insuffisance de la charge critique de décohésion, en effet, en rayure monopasse à charge croissante, la défaillance interfaciale des dépôts de chrome élaborés par pulvérisation cathodique, à Lc2 = 30N, n'a aucune incidence sur le comportement du dépôt en frottement et usure, sollicitations qui sont représentatives de la réalité d'application de tels revêtements. La dureté s'est avéré la seule variable qui définit l'usure du dépôt

Not available, On présente une démarche expérimentale de caractérisation de la tenue mécanique des matériaux revêtus. Cette démarche est basée sur les tests de complexité croissante: 1 d'indentation Vickers sous forte charge normale, 2 de rayure monopasse à charge normale croissante et constante, 3 de frottement et d'usure par rayure multipasses à charge normale constante et par usure pion-disque. Appliquée à des revêtements d'acier inoxydable austénitique AISI 316L enrichi en azote et sur des revêtements de chrome (de 5 à 30 [micro]m d'épaisseur), la démarche a permis de dégager les principaux facteurs mécaniques et microstructuraux, intrinsèques et extrinsèques au dépôt, qui influent sur la fragilité et sur la résistance à l'usure du composite. On montre que la tenue mécanique est clairement une propriété du composite. La fragilité du dépôt est intimement liée aux propriétés mécaniques du substrat et de son état de surface initial avant la phase de dépôt. Le rodage et l'augmentation de la dureté du substrat améliorent la résistance à la fissuration du dépôt. La fragilité du dépôt et celle de son interface sont considérées comme les plus importants mécanismes d'endommagement du composite. Dans ce contexte, la charge critique de fissuration fragile, dans le dépôt ou à l'interface entre le dépôt et le substrat, est plus adéquate dans les tests micro mécaniques d'indentation et de rayure et dans les tests de frottement cyclique pour caractériser la fragilité du composite. La fragilité est d'autant plus importante que la densité de défauts et l'intensité des contraintes d'extension sont importantes. Enfin, on établit clairement l'insuffisance de la charge critique de décohésion, en effet, en rayure monopasse à charge croissante, la défaillance interfaciale des dépôts de chrome élaborés par pulvérisation cathodique, à Lc2 = 30N, n'a aucune incidence sur le comportement du dépôt en frottement et usure, sollicitations qui sont représentatives de la réalité d'application de tels revêtements. La dureté s'est avéré la seule variable qui définit l'usure du dépôt

Not available, Afin d'améliorer les propriétés mécaniques et maintenir la résistance en corrosion des aciers austénitiques du type aisi 310, 316l et 304, des couches sont réalisées par nitruration ionique a basse température (

Not available, Afin d'améliorer les propriétés mécaniques et maintenir la résistance en corrosion des aciers austénitiques du type aisi 310, 316l et 304, des couches sont réalisées par nitruration ionique a basse température (

Not available, Ce travail concerne le développement des microstructures et des microségrégations lors de la solidification des aciers inoxydables. On s'est intéressé à l'influence de la vitesse de solidification et de la teneur en carbone de l'alliage. Les alliages étudiés sont des alliages Fe-Ni-Cr, avec et sans carbone, dont la teneur en éléments mineurs tels que le mn et si a été maintenue à un niveau constant assez bas. La technique de solidification dirigée avec trempe a été retenue pour réaliser des échantillons dans des conditions de solidification parfaitement contrôlables. Sur ces échantillons ont été effectuées des analyses métallographiques et chimiques. Les phases précipitées et la redistribution des solutés dans les phases solide et liquide en cours de solidification ont été analysées quantitativement à la microsonde électronique de CASTAING. L'analyse d'image a été employée pour évaluer la cinétique de solidification. L'étude des équilibres de phases entre solidus et liquidus par analyse thermique différentielle a permis de préciser les températures de liquidus et les domaines de composition chimique pour lesquels le solide stable au liquidus est la ferrite ou l'austénite . Certains alliages, correspondant a une précipitation primaire de ferrite, et dont la composition est proche de la ligne eutectique, présentent une solidification en austénite primaire en solidification dirigée lorsque la vitesse de solidification est importante. Cette modification de la nature du premier solide dépose à partir du liquide (changement de en ) a été étudiée en termes de compétition de croissance entre les phases et suivant les conditions de solidification

Not available, Ce travail concerne le développement des microstructures et des microségrégations lors de la solidification des aciers inoxydables. On s'est intéressé à l'influence de la vitesse de solidification et de la teneur en carbone de l'alliage. Les alliages étudiés sont des alliages Fe-Ni-Cr, avec et sans carbone, dont la teneur en éléments mineurs tels que le mn et si a été maintenue à un niveau constant assez bas. La technique de solidification dirigée avec trempe a été retenue pour réaliser des échantillons dans des conditions de solidification parfaitement contrôlables. Sur ces échantillons ont été effectuées des analyses métallographiques et chimiques. Les phases précipitées et la redistribution des solutés dans les phases solide et liquide en cours de solidification ont été analysées quantitativement à la microsonde électronique de CASTAING. L'analyse d'image a été employée pour évaluer la cinétique de solidification. L'étude des équilibres de phases entre solidus et liquidus par analyse thermique différentielle a permis de préciser les températures de liquidus et les domaines de composition chimique pour lesquels le solide stable au liquidus est la ferrite ou l'austénite . Certains alliages, correspondant a une précipitation primaire de ferrite, et dont la composition est proche de la ligne eutectique, présentent une solidification en austénite primaire en solidification dirigée lorsque la vitesse de solidification est importante. Cette modification de la nature du premier solide dépose à partir du liquide (changement de en ) a été étudiée en termes de compétition de croissance entre les phases et suivant les conditions de solidification

Not available; Afin d'assurer la protection contre la corrosion des aciers de construction mécanique, des revêtements durs et inoxydables, susceptibles de se substituer au chrome dur électrolytique, sont réalisés, par pulvérisation cathodique magnétron de cibles en acier inoxydable austénitique, à l'aide d'un dispositif expérimental et d'un prototype industriel. La microstructure extrêmement fine des revêtements ainsi obtenus, confère aux dépôts des caractéristiques mécaniques élevées pouvant être accrues en introduisant un metalloïde par l'intermédiaire d'une atmosphère chimiquement réactive. Afin de maitriser les conditions d'enrichissement des couches, nous nous sommes attachés à éclaircir les mécanismes de transfert du metalloïde à partir d'atmosphères réactives argon-méthane, azote ou oxygène. Le processus commun consiste en une interaction dissociative au voisinage immédiat de la cible suivi d'une pulvérisation qui s'opère simultanément à celle du métal. La reproductibilité des traitements est alors assurée en contrôlant le débit de gaz réactif et l'intensité-cible. En fonction de leur composition chimique, les dépôts sont microcristallins ou amorphes et contiennent généralement une fraction de phases métastables. Les structures stables de haute température sont obtenues en chauffant le substrat ou en effectuant un recuit ultérieur. Les dépôts, colonnaires à haute pression, présentent un aspect plus compact à basse pression et possèdent une dureté supérieure d'environ 2000 MPa ainsi que des contraintes de compression favorables à la résistance à la fatigue du composite. La résistance à l'usure des couches contenant au moins 8 at.%C est comparable à celle d'un acier à outil. De plus la qualité physique de la couche conduit à une résistance à la corrosion comparable à celle de la cible massive dès que l'épaisseur du dépôt atteint environ 15 micromètres, les quelques porosités résiduelles pouvant être colmatées par un traitement ultérieur d’imprégnation sous vide d’un polymère tensio-actif. La faisabilité industrielle de tels produits est clairement montrée grâce au prototype industriel

Not available; Afin d'assurer la protection contre la corrosion des aciers de construction mécanique, des revêtements durs et inoxydables, susceptibles de se substituer au chrome dur électrolytique, sont réalisés, par pulvérisation cathodique magnétron de cibles en acier inoxydable austénitique, à l'aide d'un dispositif expérimental et d'un prototype industriel. La microstructure extrêmement fine des revêtements ainsi obtenus, confère aux dépôts des caractéristiques mécaniques élevées pouvant être accrues en introduisant un metalloïde par l'intermédiaire d'une atmosphère chimiquement réactive. Afin de maitriser les conditions d'enrichissement des couches, nous nous sommes attachés à éclaircir les mécanismes de transfert du metalloïde à partir d'atmosphères réactives argon-méthane, azote ou oxygène. Le processus commun consiste en une interaction dissociative au voisinage immédiat de la cible suivi d'une pulvérisation qui s'opère simultanément à celle du métal. La reproductibilité des traitements est alors assurée en contrôlant le débit de gaz réactif et l'intensité-cible. En fonction de leur composition chimique, les dépôts sont microcristallins ou amorphes et contiennent généralement une fraction de phases métastables. Les structures stables de haute température sont obtenues en chauffant le substrat ou en effectuant un recuit ultérieur. Les dépôts, colonnaires à haute pression, présentent un aspect plus compact à basse pression et possèdent une dureté supérieure d'environ 2000 MPa ainsi que des contraintes de compression favorables à la résistance à la fatigue du composite. La résistance à l'usure des couches contenant au moins 8 at.%C est comparable à celle d'un acier à outil. De plus la qualité physique de la couche conduit à une résistance à la corrosion comparable à celle de la cible massive dès que l'épaisseur du dépôt atteint environ 15 micromètres, les quelques porosités résiduelles pouvant être colmatées par un traitement ultérieur d’imprégnation sous vide d’un polymère tensio-actif. La faisabilité industrielle de tels produits est clairement montrée grâce au prototype industriel

Not available, Cette étude consiste à examiner la tenue en fatigue d'un acier inoxydable austénitique Z3CND1712 (ou 316L). Le matériau a été soumis : soit à une surcharge de compression, soit à une surcharge de traction, soit à une ou plusieurs surcharges de compression précédent ou suivant une surcharge de traction. Nous avons constaté que la durée du retard provoquée par une séquence de surcharges de traction/compression est plus faible que celle provoquée par une surcharge de traction seule. On montre que les principaux paramètres qui participent au retard sont : les contraintes résiduelles de compression, l'émoussement de la pointe de la fissure. Nous avons également proposé un modèle basé sur la loi d'Elber, la description des contraintes résiduelles de compression proposée par Marissen et sur l'évolution du rapport donné par Matsuoka