Etude de l'influence de la microstructure sur les propriétés mécaniques à chaud et la résistance aux chocs thermiques des matériaux carbonnés PDF Download
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Author: Fabienne Durand (auteure d'une thèse en Sciences appliquées).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
Book Description
Les matériaux carbonés étudiés, principalement utilisés comme électrodes dans les cuves d'électrolyse de l'aluminium, présentent une structure hétérogène composée de phases carbonées de propriétés distinctes et leur comportement à la rupture est complexe. Ces produits travaillent à hautes températures et sont soumis à des sollicitations mécaniques et thermiques sévères. La compréhension du comportement thermo-mécanique des matériaux carbonés est donc essentielle si l'on souhaite optimiser leur utilisation. L'objectif de cette étude est de mettre en relation les caractéristiques macroscopiques à température ambiante et à chaud des matériaux carbonés (comportement à la rupture, résistance à la propagation de fissure, tenue aux chocs thermiques) avec leur microstructure. Dans ce but, nous avons mis au point un dispositif expérimental de mesure de la contrainte à la rupture jusqu'à 1400°C et du module d'Young jusqu'à 1200°C. afin de mieux comprendre le rôle de la porosité sur les mécanismes de rupture et la résistance aux chocs thermiques, des formulations ont été élaborées spécialement dans le cadre d'un plan d'expérience en faisant varier le taux de liant et le taux de poudre. Les propriétés physiques et mécaniques des différents constituants de ces formulations (grains, liant, matrice liant-poudre) ont été caractérisées, ainsi que la porosité décrite en détail. Les grandeurs mécaniques présentent, pour tous les produits, une élévation réversible entre la température ambiante et la température de cuisson des produits. Cette hausse est interprétée par la relaxation d'une partie des contraintes thermiques dues aux différences de coefficient de dilatation thermique des constituants (théorie d'Eshelby). Les caractéristiques thermo-mécanique des matériaux carbonés sont de plus, meilleure à porosité réduite. Cependant, la tenue aux chocs thermiques n'est pas corrélée avec la porosité : c'est le taux de liant qui semble être le facteur déterminant.
Author: Fabienne Durand (auteure d'une thèse en Sciences appliquées).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
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Les matériaux carbonés étudiés, principalement utilisés comme électrodes dans les cuves d'électrolyse de l'aluminium, présentent une structure hétérogène composée de phases carbonées de propriétés distinctes et leur comportement à la rupture est complexe. Ces produits travaillent à hautes températures et sont soumis à des sollicitations mécaniques et thermiques sévères. La compréhension du comportement thermo-mécanique des matériaux carbonés est donc essentielle si l'on souhaite optimiser leur utilisation. L'objectif de cette étude est de mettre en relation les caractéristiques macroscopiques à température ambiante et à chaud des matériaux carbonés (comportement à la rupture, résistance à la propagation de fissure, tenue aux chocs thermiques) avec leur microstructure. Dans ce but, nous avons mis au point un dispositif expérimental de mesure de la contrainte à la rupture jusqu'à 1400°C et du module d'Young jusqu'à 1200°C. afin de mieux comprendre le rôle de la porosité sur les mécanismes de rupture et la résistance aux chocs thermiques, des formulations ont été élaborées spécialement dans le cadre d'un plan d'expérience en faisant varier le taux de liant et le taux de poudre. Les propriétés physiques et mécaniques des différents constituants de ces formulations (grains, liant, matrice liant-poudre) ont été caractérisées, ainsi que la porosité décrite en détail. Les grandeurs mécaniques présentent, pour tous les produits, une élévation réversible entre la température ambiante et la température de cuisson des produits. Cette hausse est interprétée par la relaxation d'une partie des contraintes thermiques dues aux différences de coefficient de dilatation thermique des constituants (théorie d'Eshelby). Les caractéristiques thermo-mécanique des matériaux carbonés sont de plus, meilleure à porosité réduite. Cependant, la tenue aux chocs thermiques n'est pas corrélée avec la porosité : c'est le taux de liant qui semble être le facteur déterminant.
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Les matériaux carbones industriels sont constitues d'un agglomérat de grains et de liant. Les grains sont a base d'anthracite calcine ou de matériaux graphite; le liant est du brai de houille. Cuits a environ 1100#oc, ces produits sont ensuite employés comme revêtements dans les fours et hauts fourneaux et comme cathodes dans les cuves d'électrolyse de l'aluminium. Ils sont donc soumis à des sollicitations mécaniques et thermiques. L'objet de ce travail est l'étude des mécanismes d'endommagement sous contrainte mécanique et thermique, de ces matériaux. En particulier nous avons analyse l'effet de la microstructure sur la résistance à la propagation de fissures de divers produits. Le suivi de l'émission acoustique en cours d'essai de rupture a permis de préciser certaines influences des différentes phases de la microstructure, notamment en ce qui concerne la nature des grains et le taux d'anthracite. Ces analyses ont été complétées par des observations microscopiques des chemins de fissuration et des faciès de rupture. Nous avons pu ainsi dégager les caractéristiques schématiques de la microstructure de matériaux carbones présentant un faible et une forte résistance à la propagation de fissure. Par ailleurs, en vue de classer les matériaux en terme de résistance au choc thermique, nous avons mis au point un test base sur un impact laser tire au centre de disques. L'émission acoustique enregistrée pendant et après l'impact est associe à l'évolution et à la microfissuration des produits soumis à des températures de cuisson. Il ne se produit pas réellement d'endommagement du au choc thermique de cette méthode n'est donc pas satisfaisante. Une comparaison des matériaux par les différents critères théoriques de résistance au choc thermique est effectuée et il semble au vu des applications concernees qu'on doive rechercher une bonne résistance à l'endommagement sous choc thermique
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ON DEMONTRE QUE L'OXYDATION DU MATERIAU EST LA RESULTANTE DE PLUSIEURS PROCESSUS ELEMENTAIRES DONT LA CONTRIBUTION EVOLUE AVEC LA TEMPERATURE ET LA DUREE DES ISOTHERMES. LA REACTIVITE AVEC L'OXYGENE ENTRAINE UNE DEGRADATION IMPORTANTE DE LA RESISTANCE MECANIQUE PAR SUITE D'UNE DIMINUTION DE LA SECTION NON OXYDEE OU D'UNE DECOHESION DE LA MICROSTRUCTURE. L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE LA CHARGE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE UNE COMPOSANTE VISCOELASTIQUE ET UN EXPOSANT DE CONTRAITE CARACTERISTIQUE D'UN FLUAGE DE TYPE DIFFUSION
Author: Catherine A. Davy Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 185
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Pour les matériaux à matrice cimentaire, quatre types de modifications microstructurales ont été étudiées : 1) une substitution partielle des agrégats siliceux de mortiers normalisés par des fines calcaires ou par des sédiments pollués traités (procédé Novosol, Solvay S.A.), dans le contexte de la valorisation de déchets dans les matériaux structuraux ; 2) un traitement thermique de mortier normalisé jusqu'à 150, 200, 300 ou 400°C suivi d'un chargement mécanique, pour représenter des cas concrets d'incendie de tunnel ; 3) une sollicitation couplée, thermique et mécanique, de mortier et de bétons CERIB/ANDRA ; 4) la lixiviation de coulis de ciment, qui est une attaque chimique liée à la dissolution de CO2 dans l'eau interstitielle, dans la perspective de la séquestration de CO2, envisagée au sein d'anciens puits de pétrole (partenariat Total S.A.). Dans le cas 1) de la substitution par des fines (les sédiments en comportent également), j'ai mis en évidence des modifications de l'ITZ (Interfacial Transition Zone) entre agrégat et pâte de ciment, expliquant (au moins en partie) l'amélioration des performances mécaniques et hydrauliques des mortiers substitués. Dans les cas de traitement thermique 2), nous avons montré que, sous confinement élevé, une proportion de pores connectés par la micro-fissuration (due au traitement thermique), se referme de façon irréversible et provoque une diminution du module de compressibilité Ks du squelette solide. Dans le cas 3) de sollicitation couplée thermique+confinement, nous avons mis en évidence l'apparition d'un effet bouchon, et démontré par thermogravimétrie qu'il était dû en partie, au-dessus de 200°C, à l'apparition, dans le réseau poreux, d'eau (vapeur) initialement liée dans les C-S-H. L'objectif du projet ANR CHAMEAU était d'apporter une meilleure connaissance des transferts d'eau au sein des piles à combustibles à hydrogène de type PEMFC. Dans ce cadre, j'ai contribué à identifier expérimentalement les propriétés de transport advectif en régime diphasique (gaz+eau) des membranes GDL (Gas Diffusion Layers), faites de feutre de carbone graphite partiellement enduit de PTFE.
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La thèse porte sur deux aciers emboutissables à chaud, soudés en configuration homogène ou hétérogène en termes de composition chimique et d'épaisseur. Les solutions en flans raboutés laser présentent en effet de remarquables performances à l'impact et connaissent un fort développement dans le contexte actuel de l'industrie automobile (réduction des émissions de CO2 et amélioration de la sécurité passive des véhicules). L'opération de soudage laser peut générer une hétérogénéité de la jonction soudée, due au mélange imparfait des deux matériaux et des conditions thermiques de solidification et d'emboutissage à chaud. Les propriétés mécaniques du joint soudé sont donc déterminées par la qualité du mélange, la composition chimique locale et le cycle thermique.La première partie de l'étude est consacrée à la quantification de l'hétérogénéité du joint soudé et la compréhension de la microstructure. Une nouvelle méthodologie a été développée pour étudier le comportement métallurgique et mécanique de ces joints hétérogènes, en élaborant des coulées synthétiques représentant les différentes compositions chimiques attendues dans le joint réel. Le comportement du joint soudé est reconstruit à partir des données obtenues par la caractérisation de ces coulées synthétiques. La deuxième partie de l'étude porte sur la compréhension de la formation de la microstructure de la zone fondue avant et après traitement thermomécanique simulant l'emboutissage à chaud. Des modèles quantitatifs ont été établis pour calculer les températures de changement de phase, les proportions relatives des constituants microstructuraux ainsi que la dureté de ces alliages en fonction de la composition chimique et du cycle thermique. La dernière partie de l'étude porte sur le comportement mécanique après traitement thermique. Des lois de comportement des matériaux synthétiques ont été déterminées en fonction de leur composition chimique et du cycle thermique. La sensibilité à la rupture fragile par clivage a été évaluée par des essais de traction sur éprouvettes sévèrement entaillées. Les lois de comportement obtenues ont été appliquées pour déterminer la tolérance du joint soudé à un défaut géométrique, sous sollicitation de traction uniaxiale.
Author: François Godet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le développement de systèmes mécaniques, toujours plus performants et légers, demande l'optimisation continue des matériaux utilisés ainsi que leurs traitements. Dans le domaine des transmissions de puissance, la nitruration gazeuse apporte une hausse significative des durées de vie en fatigue des pièces fortement sollicitées. Alors que le rôle des gradients de propriétés mécaniques générés sur la résistance en fatigue est reconnu, l'influence de cette microstructure nitrurée sur les mécanismes de plasticité ou de microplasticité menant à de l'endommagement puis à l'initiation d'une fissure reste relativement méconnue. Ce travail de thèse concerne exclusivement la nitruration de l'acier de nuance 33CrMoV12-9, particulièrement utilisée dans les roulements et engrenages des industries aéronautiques et navales. Les propriétés mécaniques liées aux phénomènes menant à l'initiation de fissures en fatigue à grand nombre de cycles ont, tout particulièrement, été étudiées. Les propriétés mécaniques, comme le module d'élasticité, la dureté, la limite d'élasticité ou encore les contraintes résiduelles sont déterminées à plusieurs échelles, de celles de la microstructure à celles plus macroscopiques. Des observations in-situ ou post-mortem des couches nitrurées sollicitées jusqu'à l'endommagement ayant pour but d'estimer l'influence de la microstructure sur les hétérogénéités de déformations, les phénomènes de microplasticité et les mécanismes d'endommagement correspondants n'ont pas permis d'identifier clairement des mécanismes d'initiations de fissures. Pour ces essais, une éprouvette nitrurée à cœur représentative de la couche nitrurée a été développée. Cet outil expérimental a permis d'effectuer des essais simples de sollicitations des microstructures et ainsi déterminer des caractéristiques élastiques, d'écrouissage et de tenue en fatigue. Enfin, il a été démontré que les propriétés mesurées comme le module d'élasticité dépendent de l'échelle d'observation, des moyens et des méthodes utilisés.
Author: Fabienne Durand (auteure d'une thèse en Sciences appliquées).)
Author: Fabienne Durand (auteure d'une thèse en Sciences appliquées).)
Author: Benedicte Arnould-Allard
Author: André Constant
Author: Abdelhak Bouarroudj
Author: Ahcène Mécikar
Author: Catherine A. Davy
Author: Qingdong Yin
Author: François Godet
Author: Georges-R. Delbart
Author: Fu'an Guo