?tude de la fragilisation des aciers T91 et 316L par l'eutectique plomb-bismuth liquide

par Zehoua Hamouche

Thèse de doctorat en Chimie et sciences des mat?riaux

Sous la direction de Ivan Guillot et de Thierry Auger.

Soutenue le 25-01-2008

à Paris Est , dans le cadre de ?cole doctorale Sciences et Ing?nierie, Mat?riaux, Mod?lisation et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne) , en partenariat avec NON RENSEIGNE (équipe de recherche) .

Le président du jury était Eric Andrieu.

Le jury était composé de Ivan Guillot, Thierry Auger, Eric Andrieu, Jean-Bernard Vogt, Xavier Feaugas, Dominique Gorse, Friedrich Groeschel.

Les rapporteurs étaient Jean-Bernard Vogt, Xavier Feaugas.


  • Résumé

    L?objectif de cette ?tude est d?aboutir ? une meilleure compr?hension de la fragilisation par les m?taux liquides (FML) ? travers l??tude des syst?mes T91/Pb-Bi et 316L/Pb-Bi et notamment d?en ?tablir les m?canismes mis en jeu lors du contact entre ces aciers sous tension et le m?tal liquide. Ce travail s?inscrit dans le cadre du projet MEGAPIE-TEST mis en place pour ?tudier la faisabilit? d?une cible de spallation au plomb-bismuth liquide. L?effet de l?eutectique plomb-bismuth liquide sur le T91 et le 316L a ?t? ?tudi? en fonction de la temp?rature et de la vitesse de d?formation, en utilisant des ?prouvettes CCT adapt?es ? l??tude de propagation de fissures. La pr?sence de Pb-Bi modifie le m?canisme de rupture du T91 au d?triment de la germination, croissance et coalescence des cavit?s. La rupture proc?de alors par d?coh?sion des bandes de cisaillement. L?effet fragilisant du Pb-Bi est tr?s marqu? aux tr?s faibles vitesses de d?formation. Une transition fragile-ductile se produit aux grandes vitesses de d?formation (~10-5 m.s-1 ? 160?C). Les propri?t?s m?caniques du 316L ne sont pas autant affect?es par la pr?sence de Pb-Bi, toutefois une transition r?elle est observ?e sur les faci?s de rupture, o? l? ?galement il y a comp?tition entre l?effet fragilisant du m?tal liquide et la rupture ductile. Le m?canisme sugg?r? dans ce travail est fond? sur la localisation de la d?formation en pointe de la fissure combin?e au ph?nom?ne de r?duction d??nergie de surface induite par adsorption de m?tal liquide (effet Rebinder) et ne fait intervenir aucun processus diffusionnel en particulier aux joints de grains.

  • Titre traduit

    Study of embriittlement of T91 and 316L steels by liquid lead-bismuth eutectic


  • Résumé

    The aim of this work is to study liquid metal embrittlement (LME) on the T91/Pb-Bi and 316L/Pb-Bi systems. A particular attention is paid to obtain a better understanding of the mechanisms of fracture when steels are in contact with liquid metal. This work has been performed within the European projects MEGAPIE-TEST and EUROTRANS which aim to prove the feasibility of lead-bismuth nuclear systems such as spallation target and subcritical reactors. The effect of liquid Lead Bismuth Eutectic (LBE) on 316L and T91 steels has been studied in plane stress conditions as a function of temperature and strain rate, using a CCT geometry adapted for the study of crack propagation. The presence of LBE modifies the fracture mechanism of T91 and prevents fracture by growth and coalescence of cavities. Cracking proceeds by shear band decohesion. This embrittlement effect is very pronounced at low deformation rate whereas at the high strain rate range investigated, a brittle to ductile transition is observed. The temperature variation of the transition rules out LME mechanisms based on dissolution. A fracture mechanics analysis by the J-?a methodology allowed the quantification of the embrittlement degree which is estimated to 30% reduction in the energy required for crack propagation. The mechanical properties of the 316L steel are weakly affected by the presence of LBE, in spite of a change in the plastic deformation at the highest triaxiality point which strongly affecting fracture surfaces. The mechanism of this embrittlement seems to be based on the deformation localization at the crack tip combined with the phenomenon of surface energy reduction induced by the liquid metal adsorption. It does not involve any diffusion process. The deformation localization is confirmed by an electron microscopy study of the crack tip plasticity of 316L under the influence of a liquid metal.


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