Contribution à l’étude des mécanismes d’endommagement des fontes ferritiques à graphite sphéroïdal : influence de la température, du trajet de chargement et rôle des interfaces nodules / matrice

Contribution to the study of damage mechanisms of ductile cast iron : nfluence of temperature, loading path and role of nodules/matrix interfaces

• Auteur / Autrice : Isabel Hervas Dobon
• Direction : Eric Hug
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux et des structures
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Caen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Hug

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Température

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Microstructure (physique)

Fonte à graphite sphéroïdal

Résumé

Ce travail porte sur les relations entre les mécanismes d’endommagement et les paramètres microstructuraux de la fonte GS dans une large gamme de températures pour différents types de sollicitations mécaniques. Des essais de traction et de compression à TA menés sur des éprouvettes présentant différentes géométries génèrent des déformations avec plusieurs taux de triaxialité. L’étude des caractéristiques géométriques des nodules de graphite permet l’analyse de la déformation et du trajet de chargement local. L’état de déformation et le taux de triaxialité sont aussi simulés avec la méthode des éléments finis. L’influence de la température est étudiée par le biais d’essais de traction, de compression et de fluage. Un changement significatif de comportement mécanique est mis en évidence à partir de 400 °C. L’étude des paramètres microstructuraux permet la compréhension du comportement mécanique de la fonte ainsi que de son évolution avec la température. Dans le cas d’une sollicitation en traction, le modèle de Gurson-Tvergaard, montre que les interactions entre les cavités engendrées par la déformation évoluent avec la température. Les mesures effectuées après les essais de compression montrent que, jusqu’à 400 °C, la déformation des nodules de graphite augmente avec l’écrasement. En revanche, à partir de 500°C, la déformation des nodules ne suit plus la déformation plastique du matériau. Des essais de fluage menés à 750 °C, pour une contrainte inférieure à la limite d’élasticité, montrent une transition progressive entre les deux principaux mécanismes de fluage : le fluage contrôlé par la montée des dislocations et celui piloté par les mécanismes de diffusion.

This work focuses on the relationship between the damage mechanisms and the microstructural parameters of ductile cast iron for different types of mechanical stress in a wide temperatures range. Tensile and compression tests at RT carried out on specimens presenting different geometries generate strains with multiple levels of triaxiality. The study of the graphite nodule geometrical properties enables the analysis of deformation and local strain path. The deformation state and triaxiality rate are also simulated by using the finite element method. The influence of temperature is studied in the case of tensile, compression and creep tests. A significant behaviour change is evidenced above 400 °C. The study of microstructural parameters permits the understanding of the mechanical behaviour of the ductile cast iron and its evolution with temperature. In the case of tensile tests, Gurson-Tvergaard model highlights that the interactions between the cavities, caused by the deformation, change with temperature. Structural measurements after compression tests show that up to 400 °C, the deformation of the graphite nodules increases with the deformation. However, from 500 °C, nodule deformation doesn’t follow the plastic deformation of the material. Creep tests, carried out at 750 °C for stress levels lower than yield stress, reveal a gradual transition between the two main creep mechanisms: creep controlled by dislocations climb and creep controlled by diffusion mechanisms.