Thèse
Auteur :
Lambert-Perlade Astrid

Date de soutenance :
01 mai 2001

Directeur(s) de thèse :
Pineau André



École :

MINES ParisTech
Intitulé de la thèse : Rupture par clivage de microstructures d'aciers bainitiques obtenues en conditions de soudage


Résumé : La fragilité reconnue des Zones Affectées par la Chaleur (ZAC) en doudage d'aciers micro-alliés à basse teneur en carbone est l'une des propriétés les plus pénalisantes pour l'application de ces nouveaux produits en environnement sévère. Cette étude vise à mieux comprendre les mécanismes d'amorçage et de propagation de la rupture par clivage dans ces microstructures et à prévoir l'effet des zones fragiles sur la ténacité de l'acier. Les traitements thermiques correspondant à des cycles de soudage détériorent les propriétés à rupture du métal de base en élevant la température de transition fragile-ductile. Les propriétés de ténacité des ZAC (résilience et déformation à rupture sur éprouvettes entaillées) sont en effet fortement influencées par des paramètres métallurgiques tels que les composés Martensite-Austénite (M-A) et la taille de grain "efficace". La disposition d'ensemble des grains et de leurs orientations relatives qui déterminent les propriétés mécaniques de ces microstructures est fixée par les mécanismes de germination et de croissance de la bainite. Une approche phénoménologique de la cristallographie des transformations martensitiques (PTMC) est appliquée aux microstructures bainitiques et premert de préciser le rôle de l'auto-accommodation des contraintes mécaniques dans les mécanismes de formation de ces différentes microstructures.

L'étude des micro-mécanismes de rupture des ZAC a été facilitée par l'utilisation de l'émission acoustique. Des amorces de rupture fragile par clivage sur des composés M-A massifs ont pu etre observées. Le type d'endommagement (rupture du composé ou décohésion à l'interface) dépend de la température d'essai et du taux de triaxialité. Par ailleurs, il semble que la résistance des barrières microstructurales (joints de paquets bainitiques) décroit quand la température diminue entrainant un changement de mécanisme: rupture controlée par la propagation à haute température, rupture controlées par l'amorcage à basse température. Dans le premier cas, les joints sur lesquels s'arretent les fissures sont déterminés par EBSD comme étant des joints de forte désorientation (50° à 60°).

Le modèle d'approche locale de Beremin a été appliqué avec succès pour prédire les évolutions de la ténacité et de la dispersion avec la température. Un modèle d'approche locale basé sur les mécanismes de rupture des ZAC a été également appliqué. La rupture est décirte par la succession de trois processus élémentaires: rupture d'un composé M-A, franchissement de l'interface M-A/matrice et franchisement des joints de paquets efficves. La dispersion expérimentale, directement issue des distributions de tailles des différentes unités microstructurales est correctement reproduite. La prise en compte des effets de plasticité en pointe de fissure permet également de rendre compte de l'augmentation du nombre de fissures arretées avec la temperature, ce qui est expérimentalement observé.Introduction

Chapitre I: Bibliographie - 3

1. Rupture par clivage - 5

2. Les zones affectées par la chaleur (ZAC ) - 21

3. Objectifs de l'étude et démarche adoptée - 44

Chapitre II: Les matériaux de l'étude - 47

1. Composition,traitements thermiques et microstructures 49

2. Propriétés mécaniques et ténacité - 65

3. Conclusions - 83

Chapitre III: Etude cristallographique de la transformation bainitique - 85

1. Rappels bibliographiques - 87

2. Caractérisations microstructurales - 91

3. Mécanismes de germination de la bainite - 107

4. Discussion: quelques aspects de la PTMC - 113

5. Conclusions - 122

Chapitre IV: Etude des composés Martensite-Austénite(M-A)

1. Caractérisation des composés martensite-austénite 125

2. Formation des composés M-A - 131

3. Stabilité thermique et mécanique de l'austénite résiduelle - 146

4. Conclusions - 154

Chapitre V: Mécanismes d'endommagement et de rupture 155

1. Etude expérimentale des mécanismes de rupture - 157

2. Effet de la stabilité de l'austénite résiduelle - 177

3. Discussion - 177

4. Conclusions - 199

Chapitre VI: Approche locale de la rupture - 201

1. Modèle de Beremin - 203

2. Modèles "à deux barrières microstructurales" - 222

3. Conclusions - 232

Conclusions et perspectives - 233

Annexe A: Techniques expérimentales - 237

Annexe B: Propriétés mécaniques - 243

Annexe C: Procédures numériques - 263

Références - 271

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