Fissuration induite par l'hydrogène de polycristaux de fer déformés plastiquement : analyse expérimentale et simulation numérique

Hydrogen Induced Cracking of Plastically Deformed Iron Polycristals : Experimental Analysis and Numerical Simulation

• Auteur / Autrice : Sabrine Ayadi
• Direction : Monique Gasperini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 12/06/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
• Jury : Président / Présidente : Brigitte Bacroix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Caron-Lemaire, Yann Charles
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jamaa Bouhattate, Tony Montesin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Fissuration

Polycristaux

Hydrogène

Mots clés libres

Polycristaux - cloquage

Fer Armco

Armco Iron

Résumé

Ce travail porte sur l'étude expérimentale et numérique de la fissuration et du cloquage induits par l'hydrogène dans des polycristaux de fer déformés plastiquement. Des essais mécaniques de traction et de cisaillement jusqu’à de grandes déformations plastiques ont été effectués sur le fer Armco, suivis de chargement cathodique en hydrogène. Le cloquage et la fissuration induites ont été caractérisés à différentes échelles, à l’aide de la surfométrie et d’analyses MEB-EBSD. Les résultats montrent la réduction du cloquage avec la déformation plastique et l’influence du mode de chargement mécanique avant chargement en hydrogène sur les caractéristiques des cloques et de la fissuration. Les fissures induites par l’hydrogène sont majoritairement transgranulaires et correspondent statistiquement avec les traces de plans de glissement du fer.Des simulations éléments finis de diffusion-piégeage après différents chargements mécaniques on tété effectuées pour mettre en évidence l’effet de la prédéformation sur la distribution d’hydrogène dans le matériau. Une modélisation phénoménologique de la croissance de pores sous pression interne a été proposée pour mettre en évidence de l’effet du mode de sollicitation sur le cloquage, en corrélation avec les tendances expérimentales.

This work deals with the experimental and numerical study of hydrogen-induced cracking and blistering in pre-strained iron polycrystals. Mechanical tensile and shear tests up to large plastic deformations were performed on Armco iron,followed by cathodic hydrogen charging. The induced blistering and cracking were characterized at different scales, using surfometry and MEB-EBSD analyzes. The results show the reduction of blistering with plastic deformation and the influence of the mechanical loading mode before hydrogen loading on the characteristics of the blisters and cracks. The induced hydrogen cracks are mainly transgranular and correspond statistically with the traces of slip planes or iron. Finite element simulations of hydrogen transport after different mechanical loading were carried out to evidence the effect of pre-straining on the hydrogen distribution in the material. A phenomenological modeling of the pore growth under internal pressure has been proposed to show the effect of the loading mode on the blistering, in correlation with the experimental tendencies.