Compréhension et modélisation du comportement mécanique cyclique anisotherme de l'acier austénitique AISI 316L(N)

par David Gentet

Thèse de doctorat en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Xavier Feaugas.

Soutenue en 2009

à La Rochelle .


  • Résumé

    Le principal objet de ce travail de thèse est de proposer une modélisation mécanique du comportement cyclique de l'acier inoxydable austénitique AISI 316 L(N) à hautes températures (550-900K). Dans ce domaine, de nombreux phénomènes liés au vieillissement dynamique (DSA) et à la formation de structures de dislocation dipolaire apparaissent. Des essais isothermes et anisothermes en fatigue uni-axiale ont été conduits afin de vérifier certains points concernant les effets de la température sur le comportement mécanique. L'étude des boucles de chargement et l'observation des structures de dislocations ont permis d'établir la présence de deux régimes de DSA lors d'essais isothermes. L'effet de mémorisation d'une sollicitation à haute température est mis en évidence lors de séquences de température particulières. Il est montré que l'augmentation de l'amplitude de contrainte lors d'un passage à "haute température" est liée au second régime de DSA, c'est à dire à l'augmentation des efforts à courte distance agissant sur les jonctions entre dislocations (ségrégation du Cr), ainsi qu'à l'absence de restauration des structures dipolaires à basse température. A partir de l'analyse expérimentale des mécanismes de DSA et de restauration, un modèle anisotherme macroscopique est développé en considérant des variables internes physiques (densités de dislocations). Les équations d'une modélisation polycristalline sont simplifiées afin d'obtenir un modèle à deux échelles utilisable dans un code de calcul par éléments finis. Dans le domaine 550-873K, les résultats obtenus sont cohérents avec les observations macroscopiques et microscopiques d'essais en fatigue, de relaxation et de rochet 2D.

  • Titre traduit

    Understanding and modelling of the anisothermal cyclic mechanical behaviour of the AISI 316L(N) austenitic stainless steel


  • Résumé

    The main subject of this report consists in proposing a mechanical model of the viscoplastic behaviour of an austenitic stainless steel under isothermal and anisothermal low cycle fatigue loadings at high temperatures (550-900K). In this domain, numerous phenomena linked to dynamic strain ageing (DSA) and to dipolar dislocation structure formation may appear. Isothermal and anisothermal low cycle fatigue tension-compression tests were performed in order to verify some aspects about the effect of temperature on the mechanical behaviour. The study of the hysterisis loops and the observation of dislocation structures carried on transmission electron microscopy establish two different DSA mechanisms during isothermals tests. The effect of temperature history is shown for for particular temperature sequences. It is demonstrated that the stress amplitude increase when the sample is submitted to cycles at "high temperature" is linked to the second mechanism of DSA. It comes from the increase of short range interaction between dislocations (chromium segregation), but it is also the consequence of the lack of dipolar structure annihilation at low temperature. From the experimental analysis of DSA mechanisms and dipolar restoration, a macroscopic anisothermal model is developed using physical internal variables (densities of dislocations). The equations of a polycrystalline model are rewritten with the aim of getting a simple multiscale approach which can be used on finite elements analysis software. Between 550 and 873K, the simulation results are in good accordance with the macroscopic and microscopic observations of low cycle fatigue, relaxation, and 2D-ratchetting tests.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (270 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 243-251

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  • Bibliothèque : Université de La Rochelle. Bibliothèque universitaire.
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