Influence de l'azote interstitiel et de la température sur les structures de dislocations obtenues par fatigue d'aciers inoxydables austénitiques PDF Download
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Book Description
Les aciers inoxydables connaissent actuellement un nouvel essor grâce au développement de nouvelles nuances à très forte teneur en azote dont la résistance mécanique est nettement supérieure à celle des aciers conventionnels. L'objectif est d'analyser le rôle de l'azote interstitiel sur la plasticité cyclique des aciers inoxydables austénitiques, en particulier vers les basses températures, puis d'étudier les paramètres contrôlant le mode de glissement des dislocations dans ce type d'acier. Une étude préalable de l'évolution des structures de dislocations engendrées par fatigue en fonction de la température dans l'acier 316 sans azote est menée: le rôle du glissement dévié est mis en évidence par la formation des arrangements de dislocations, discutée de manière approfondie grâce aux observations en microscopie électronique à transmission... L'azote instaure du glissement plan à 300 K, origine d'une bonne tenue à la fatigue, par des effets d'ordre à courte distance et de contraintes effectives élevées. A 77 K, la plasticité cyclique est accommodée par les fautes d'empilement, puis par la martensite epsilon dans les aciers à forte teneur en azote. De cette analyse, les paramètres favorisant le glissement plan sont déduits. L'énergie de défaut d'empilement, n'est pas le seul facteur à considérer. Un ordre à courte distance et des contraintes effectives élevées diminuent les possibilités de glissement dévié
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Les aciers inoxydables connaissent actuellement un nouvel essor grâce au développement de nouvelles nuances à très forte teneur en azote dont la résistance mécanique est nettement supérieure à celle des aciers conventionnels. L'objectif est d'analyser le rôle de l'azote interstitiel sur la plasticité cyclique des aciers inoxydables austénitiques, en particulier vers les basses températures, puis d'étudier les paramètres contrôlant le mode de glissement des dislocations dans ce type d'acier. Une étude préalable de l'évolution des structures de dislocations engendrées par fatigue en fonction de la température dans l'acier 316 sans azote est menée: le rôle du glissement dévié est mis en évidence par la formation des arrangements de dislocations, discutée de manière approfondie grâce aux observations en microscopie électronique à transmission... L'azote instaure du glissement plan à 300 K, origine d'une bonne tenue à la fatigue, par des effets d'ordre à courte distance et de contraintes effectives élevées. A 77 K, la plasticité cyclique est accommodée par les fautes d'empilement, puis par la martensite epsilon dans les aciers à forte teneur en azote. De cette analyse, les paramètres favorisant le glissement plan sont déduits. L'énergie de défaut d'empilement, n'est pas le seul facteur à considérer. Un ordre à courte distance et des contraintes effectives élevées diminuent les possibilités de glissement dévié
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L'addition de fortes teneurs en azote permet l'élaboration de nuances d'aciers inoxydables à propriétés améliorées. Cependant, les mécanismes par lesquels l'azote influe sur la nature et la stabilité de la microstructure, et par conséquent, conditionne les propriétés mécaniques et physico-chimiques des aciers, ne sont pas clairement identifiés. L'objet principal du présent travail est d'étudier l'influence des traitements thermiques sur la microstructure d'aciers inoxydables austénitiques et martensitiques sursaturés en azote, et ce, en vue de leurs applications potentielles à hautes températures. La structure austénitique se décompose par précipitation discontinue de nitrure de chrome lors de maintiens en température sur l'intervalle (700c-900c). Le stade de croissance de cette précipitation s'effectue en conditions non stationnaires, puisque l'on passe d'une réaction régie par la diffusion intergranulaire du chrome à une réaction qui tend à être contrôlée par sa diffusion en volume. Il en résulte que les caractères de la précipitation discontinue ne vérifient pas les prévisions des modèles usuels. L'existence de la précipitation discontinue de nitrure de chrome conduit à un durcissement du matériau. La densité élevée de dislocations dans les structures martensitiques favorise la précipitation continue de divers types de nitrures. Le phénomène existe à des températures aussi basses que 300 °C et la réaction est très rapide. Cependant, la grande finesse des précipités aux températures inférieures à 600 °C rend délicate leur mise en évidence en microscopie électronique, et nécessite d'avoir recours à des techniques indirectes. L'existence de cette précipitation fine s'accompagne d'un durcissement des aciers sur l'intervalle (300 °C - 500 °C)
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Le domaine d'utilisation des aciers inoxydables martensitiques 12% cr s'est élargi grâce à l'introduction massive d'azote dans ces aciers. En service, ces matériaux subissent d'importantes sollicitations thermomécaniques. La connaissance de leur comportement en fatigue apparaît indispensable. Le principal objectif de ce travail est de comprendre l'influence de la composition chimique sur le comportement mécanique en fatigue à température ambiante et la plasticité cyclique d'aciers martensitiques type 12% cr. Dans le cas présent, l'etude du rôle de l'azote ne peut se faire sans considérer celui du silicium dont la présence est inhérente aux méthodes d'élaboration. Nous proposons de déterminer les paramètres et mécanismes qui gouvernent l'endommagement d'aciers à structure martensitique en lattes. Les modifications microstructurales profondes observées lors de l'échange partiel du carbone par de l'azote dans des nuances type 12% cr provoquent une augmentation des niveaux de contrainte, une modification de l'endommagement en surface et de l'arrangement des dislocations. Les observations réalisées en microscopies électroniques à balayage et en transmission permettent d'établir un lien clair entre l'endommagement en surface et la localisation de la déformation plastique pour chaque nuance d'aciers étudiée. Le comportement en fatigue des nuances à l'azote est fortement influence par la présence de silicium. L'augmentation de la teneur en cet élément provoque une élévation importante des contraintes, un endommagement en surface réduit et un arrangement plus difficile des dislocations en cellules. La présence du silicium augmente fortement les valeurs des contraintes effectives, ce qui indique une modification des interactions à courte distance. Des mesures d'énergie de déformation plastique cyclique reliées aux structures de dislocations observées dans les nuances à l'azote permettent de proposer un mode d'endommagement graduel des lattes de martensite. Une relation comportement mécanique-microstructure est alors possible.
Author: Sébastien Teysseyre (auteur en sciences des matériaux).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'objectif de cette étude est de déterminer si l'utilisation d'azote dans l'élaboration d'aciers inoxydables austénitiques influence leur résistance à la Corrosion Sous Contrainte (CSC) en milieu chloruré. Dans ce but, il a été effectué d'une part un travail expérimental sur des aciers industriels modèles et, d'autre part, un travail de simulation numérique basé sur le Corrosion Enhanced Plasticity Model. L'étude de la résistance à la CSC des aciers d'étude sollicités en traction lente et sous charge constante nous a permis de montrer qu'à vitesse de déformation donnée, l'azote permet d'accroître la contrainte critique d'amorçage des fissures sans altérer leur vitesse de propagation. Nous montrons aussi que la teneur en azote influence la vitesse de fluage. Ceci a pour conséquence de modifier le comportement de l'acier en CSC (densité de fissures propagées, vitesse de propagation). Nous confirmons ainsi que l'azote intervient dans ce phénomène d'interaction corrosion déformation par l'intermédiaire de son effet durcisseur. Les simulations numériques nous permettent de retrouver semi quantitativement les résultats expérimentaux, apportant ainsi des réponses quant au mécanisme par lequel l'azote peut intervenir dans la propagation des fissures. Nous montrons que l'azote intervient dans la dynamique d'écrantage de la fissure par un empilement de dislocations via une force de friction. Nous concluons que l'utilisation de l'azote dans la composition d'aciers inoxydables austénitiques permet de bénéficier des avantages liés à l'accroissement des caractéristiques mécaniques sans altérer la propagation des fissures de Corrosion Sous Contrainte
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ETUDES DU PROBLEME DE FATIGUE OLIGOCYCLIQUE ET DES DOMMAGES CUMULATIFS. TECHNIQUES EXPERIMENTALES. MECANISMES DE BASE MIS EN JEU. EFFET D'UNE TRANSFORMATION MARTENSITIQUE ET DE LA TEMPERATURE. APPARITION DU PHENOMENE POITEVIN-LE CHATELIER AU COURS DES PREMIERS CYCLES ET DISPARITION A SATURATION. EFFET DE MEMOIRE MECANIQUE SUR LA COURBE DE CONSOLIDATION CYCLIQUE
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L'azote additionne aux aciers inoxydables duplex austeno-ferritiques se retrouve, en raison de son caractere fortement gammagene, fortement concentre dans la phase austenitique. Il s'en suit un durcissement considerable de la phase austenitique, qui peut au-dela d'une certaine teneur en azote, devenir plus dure que la phase ferritique. Ceci permet une amelioration de la resistance mecanique des aciers duplex, sans reduction notable de ductilite. Deux aciers duplex type 22-05 (50% austenite +50% ferrite) differemment charges en azote (0,11 et 0,18% pds respectivement) sont etudies d'un point de vue comportement en fatigue plastique oligocyclique a temperature ambiante. La structure composite des aciers duplex conduit a un comportement d'accommodation de la deformation plastique cyclique fonction de la teneur en azote et du niveau d'amplitude de deformation impose: 1) a bas niveau de deformation, la deformation plastique est accommodee essentiellement par la phase ferritique, moins dure que la phase austenitique en presence d'azote. Ceci conduit a un amorcage des microfissures dans cette meme phase. La localisation de la deformation plastique dans la phase ferritique est alors d'autant plus importante que la teneur en azote est elevee; ceci se traduit par une reduction de la duree de vie, lorsque la teneur en azote augmente; 2) a haut niveau de deformation, les deux phases accommodent la deformation plastique et en consequence, l'amorcage des microfissures a lieu indifferemment dans les deux phases. Le glissement plan des dislocations dans la phase austenitique, favorise par la presence d'azote, conduit a une amelioration de la duree de vie; 3) le niveau de deformation de transition entre le comportement a bas niveau de deformation et celui observe a haut niveau, augmente avec l'accroissement de la teneur en azote. Enfin, en accord avec l'endommagement observe en surface, la microstructure des dislocations depend fortement du niveau de deformation dans la phase austenitique, alors qu'elle ne varie que quantitativement avec le niveau de deformation, dans la phase ferritique.
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En traction monotone, on note un fort durcissement de solution solide, tandis qu'en déformation cyclique, des interactions complexes interstitiels-dislocations provoquent une phase d'accommodation caractérisée par un durcissement suivi d'un fort adoucissement. Amélioration de la résistance en fatigue oligocyclique. L'azote précipitée sous forme de carbonitrures provoque un durcissement de type oravan qui modifie très peu les modes de déformation observes en fatigue plastique
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LES CARACTERISTIQUES METALLURGIQUES ET LA RESISTANCE A LA CORROSION LOCALISEE DE DEUX NUANCES D'ACIERS AUSTENITIQUES INOXYDABLES A FORTE TENEUR EN AZOTE DE TYPE 316LN SONT ETUDIEES EN VUE D'UNE UTILISATION SOUS DES SOLLICITATIONS MECANIQUES DANS UN MILIEU CORROSIF (FATIGUE-CORROSION ET FROTTEMENT-CORROSION CONTRE UN POLYMERE UHMWPE). LA PRESENCE D'AZOTE EN FORTE TENEUR DANS LA MATRICE AUSTENITIQUE AUGMENTE LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES. L'ORIGINE PROVIENT D'UN DURCISSEMENT PAR SOLUTION SOLIDE INTERSTITIELLE ET D'UN DURCISSEMENT PAR AFFINEMENT DE GRAINS DU A LA PRESENCE DE NITRURES CRNBN DANS L'ACIER HYPERTREMPE. UNE ANALYSE MICROSTRUCTURALE APRES TRAITEMENTS THERMIQUES A MIS EN EVIDENCE LA FORMATION D'AUTRES NITRURES (CR#2N) ET DE PHASES INTERMETALLIQUES ( ET ). LA PHASE Z (CRNBN), STABLE JUSQU'A LA TEMPERATURE DE FUSION DE L'ACIER EST ISSUE D'UNE TRANSFORMATION DE NITRURES NB#XN#Y. EN MILIEU ACIDE ET EN MILIEU CHLORURE, LA PRESENCE D'AZOTE AUGMENTE CONSIDERABLEMENT LA RESISTANCE A LA CORROSION PAR PIQURE ET PAR CREVASSE, ET AMELIORE LES CINETIQUES DE REPASSIVATION APRES UNE DEPASSIVATION MECANIQUE. L'AZOTE INTERVIENT EN S'ACCUMULANT EN EXTREME SURFACE DU FILM PASSIF PAR SEGREGATION ANODIQUE ET REAGIT AVEC LE MILIEU SOUS LA FORME NH#3 ET NH#4#+.
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Depuis l'avènement de nouvelles techniques d'élaboration, permettant un contrôle strict des compositions chimiques et l'addition de fortes teneurs en azote, les recherches sur les aciers inoxydables biphasés austéno - ferritiques (communément appelés aciers duplex) ainsi que leur utilisation n'ont pas cessé de progresser. Les effets bénéfiques de l'azote sur les propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion des aciers inoxydables austénitiques sont désormais reconnus. TI est alors devenu essentiel d'étudier le rôle d'un tel élément d'alliage, capable de faire réaliser des réductions de coût de fabrication, sur les nuances biphasées. Ce travail a donc pour objet l'étude du comportement en fatigue oligocyclique, à l'air ou en milieu salin, d'aciers inoxydables duplex contenant de 0.24 à 0.4wt% d'azote. L'objectif principal est d'évaluer le rôle précis des deux phases constituànt le matériau en fonction de leur état microstructural (hypertrempé ou vieilli) et de l'environnement.
Author: Jean-Bernard Vogt
Author: Jean-Bernard Vogt
Author: Frédérique Vanderschaeve
Author: Catherine Couvreur-Bigeon
Author: Sébastien Teysseyre (auteur en sciences des matériaux).)
Author: WASIM.. BARAKAT
Author: Abbass Seddouki
Author: Suzanne Degallaix
Author: EDWIGE.. BAMINI
Author: Karen Massol
Author: Marc Novelli