Comportement en flexion 4 points à température moyenne (350-550°C) d'alliage base nickel : étude de la fissuration et du rôle de la vapeur d’eau

Behavior of nickel base alloy under 4 point bending condition at middle temperature (350-550°C). Study of the mechanical damage and role of water vapour

• Auteur / Autrice : Abdallah Haouam
• Direction : Gérard Moulin, Jérôme Favergeon, Bachir Merzoug
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique avancée
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Compiègne en cotutelle avec Université Badji Mokhtar-Annaba

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vapeur d'eau

Contrôle par émission acoustique

Modèles mathématiques

Viscoplasticité

Flexion (mécanique)

Corrosion sous contrainte

Oxydation

Alliages chrome-fer-nickel

Inconel

Mots clés libres

Inconel 600

Méthodes inverses

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la détermination des lois de comportement de l'alliage base nickel Inconel 600 (NC15Fe), utilisé au niveau des générateurs de vapeur des centrales nucléaires, sujet à un processus de corrosion inter-granulaire. L'un des objectifs majeurs visé par cette thèse est la détermination de la synergie entre l'oxydation et la sollicitation mécanique. L'intervalle de température exploré durant l'étude expérimentale répond aux conditions réelles de fonctionnement des générateurs de vapeur (350 - 550°C). L es divers paramètres d'influence tels que la température, l'atmosphère (vide, air, oxygène et vapeur d'eau) ainsi que l'état de surface sont étudiés. De l'étude de la cinétique d'oxydation, il ressort qu'à partir des essais d'oxydation isotherme effectués sous air synthétique, le gain de masse enregistré et l'épaisseur du film d'oxyde Cr2O3 obtenus respectivement par l'analyse thermogravimétrique (ATG) et la spectroscopie à décharge luminescente (SDL) sont très faibles quelle que soit la température (350 à 800°C) ; montrant la très faible réactivité du matériau dans de telles conditions. Quant à l'influence du chargement mécanique, les résultats des tests de flexion 4 points effectués sous vide secondaire suivis par émission acoustique sur des éprouvettes d'Inconel 600 grâce à un montage spécifique, révèlent l'absence d'endommagement. L'influence de l'oxygène et de la vapeur d'eau révèle par contre une modification du comportement du matériau caractérisé par des signaux acoustiques d'amplitudes élevées et des caractéristiques mécaniques atténuées, synonyme d’attaque corrosive. A l'aide des résultats, in situ, sous une atmosphère contrôlée, un modèle de comportement viscoplastique de l'Inconel 600 en flexion 4 points, basé sur la loi de Norton est proposé.

The objective of this thesis is the determination of the behavior law of nickel based alloy Inconel 600 (NC15Fe), which is used in the steam generators of nuclear power plants, subject to intergranular corrosion process. One of the major objectives aimed by this thesis is the knowledge of synergy between oxidation and mechanical loading. The interval of temperature explored during the experimental study coverts the actual conditions for a safe operation of steam generators (350 - 550°C). The various parameters of influence such as the temperature, the atmosphere (vacuum, air, oxygen and water vapor) as well as the surface quality are explored. From the study of the oxidation kinetics, it shows from isothermal oxidation tests under synthetic air, the recorded weight gain and the oxide film thickness Cr2O3 obtained respectively by the thermo gravimetric analysis (ATG) and the spectroscopy with glow discharge (SDL) are very weak in the temperature range (350 - 800°C); showing the very low reactivity of the material in such conditions. As for the influence of the mechanical loading, the results of the 4- point bending tests carried out under secondary vacuum followed by acoustic emission on Inconel 600 samples by means of a specific assembly, revealing the absence of damage. The influence of the oxygen and the water vapor, on the other hand, shows a modification of the behavior of the material characterized by high amplitudes of acoustic signals and attenuated mechanical characteristics, meaning a corrosion attack. Using the results obtained, in-situ, under a controlled atmosphere, a viscoplastic model of behavior of Inconel 600 in 4- point bending, based on Norton’s law is proposed.