Recherche Avancée

Thèse soutenue

Comportement et rupture d’un acier au C-Mn en présence de vieillissement sous déformation

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Auteur / Autrice : Jeanne Belotteau
Direction : Claude Prioul
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et matériaux
Date : Soutenance le 21/01/2009
Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-2021)
Jury : Président / Présidente : Philippe Pilvin
Examinateurs / Examinatrices : Aurore Parrot, Thierry Iung
Rapporteur / Rapporteuse : André Chrysochoos, Patrick Delobelle

Résumé

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Les aciers de construction au carbone manganèse (C-Mn) sont largement utilisés pour diverses applications mécaniques, et en particulier pour les tuyauteries de circuit secondaire des centrales nucléaires de type Réacteurs à Eau sous Pression (REP). La robustesse des composants des circuits sous pression des REP vis-à-vis de la fissuration doit être démontrée, tant au niveau de la conception que de l’exploitation. Les aciers au C-Mn sont sensibles au vieillissement sous déformation qui entraîne une chute importante de ductilité et de ténacité entre 150 et 350°C,températures de service des tuyauteries du circuit secondaire. Ce phénomène est dû à une interaction entre les atomes de solutés et les dislocations, et peut se traduire entre autres par une sensibilité négative de la contrainte à la vitesse de déformation, et des localisations de la déformation plastique (Lüders, Portevin – Le Chatelier). L’origine physique du vieillissement sous déformation a été beaucoup étudiée, surtout dans les métaux purs, en relation avec le phénomène Portevin-Le Chatelier (PLC), mais son influence sur les propriétés mécaniques et notamment la rupture reste très controversée. L’objectif de la thèse est de modéliser le comportement et la rupture d’un acier au C-Mn dans un large domaine de température compris entre 20 et 350°C, en tenant compte des phénomènes de vieillissement sous déformation, et en particulier des localisations de déformation. Le comportement et la rupture de l’acier au C-Mn étudié ont été caractérisés expérimentalement dans le domaine 20-350°C à l’aide d’essais de traction sur éprouvettes lisses, sur éprouvettes axisymétriques entaillées, et d’essais de déchirure sur éprouvettes CT. Le modèle d’Estrin Kubin McCormick, prenant en compte le vieillissement sous déformation, a été identifié dans cette même gamme de température et la plupart des effets du vieillissement sous déformation ont pu être simulés numériquement : sensibilité négative de la contrainte d’écoulement à la vitesse de déformation, bandes de Lüders, effet PLC, modification des propriétés mécaniques de traction… Le modèle ainsi identifié a été appliqué à l’étude de la rupture d’éprouvettes lisses, entaillées et CT. La baisse de l’allongement réparti est bien décrite en traction sur éprouvettes lisses. Pour prévoir la rupture des éprouvettes entaillées, l’approche locale de la rupture a été appliquée (modèle de Rice et Tracey). Cette étude a donc permis de disposer d’un modèle prenant en compte le vieillissement sous déformation de 20°C à 350°C et décrivant les localisations de déformation plastique de type Lüdersou PLC, pour différentes géométries d’éprouvettes. Ce modèle a été utilisé pour simuler la rupture des aciers au C-Mn, suscitant ainsi une vision nouvelle pour comprendre la baisse de ductilité associée au vieillissement dynamique.