Étude expérimentale et modélisation thermomécanique du comportement de revêtements en chocs thermiques intenses et cycliques

• Auteur / Autrice : Philippe Douale
• Direction : Éric Felder
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : ENSMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtements

Contraintes thermiques

Acier

Résumé

Notre étude a pour objectif l’amélioration de la durée de vie des tubes d'armes. Leur paroi interne est soumise à des flux thermiques très intenses (de l'ordre du gw/m 2) durant quelques millisecondes. Ainsi leur surface est portée à une température de l'ordre de 1200\c. De ce fait, le revêtement de protection actuel (chrome électrolytique - cr el. ) développe un réseau de fissures et recristallise, le substrat en acier subissant une transformation martensitique (zat). Afin d’évaluer l’intérêt d'autres revêtements, nous développons une méthode d'essai produisant des chocs thermiques intenses et répétés et analysons, dans l'essai et sur le tube d'armes, le comportement de revêtements de cr el et pvd par simulation numérique. Nous tirons de la littérature, mesurons ou estimons les données nécessaires au calcul du champ de température et de contrainte dans un tel essai, à savoir, pour l'acier, les cr el. Et pvd, et un dépôt pvd de tungstène, l’évolution avec la température de la chaleur massique, de la conductivité thermique, du coefficient de dilatation thermique, du module d'young et de la limite d'élasticite. L'essai consiste à exposer cycliquement des éprouvettes au four solaire d'odeillo. A l'aide d’expériences et de simulations numériques, on détermine les conditions permettant de reproduire les endommagements du tube d'armes. Le flux est plus faible (12 mw/m 2) et doit être imposé pendant 1s. L'ensemble de l'approche est validée par comparaison des résultats des simulations avec les observations sur le plan thermique, de la profondeur de la zat. Sur le plan mécanique, le calcul fournit une déformation plastique et une tension résiduelle dans le cr el compatible avec les endommagements observes. Une étude numérique montre la nécessité d'une prise en compte réaliste de l’évolution avec la température des caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux.