Comportement en fluage à haute température dans le domaine biphasé (α + β) de l'alliage M5®

par Gwenaël Trégo

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon et de Samuel Forest.

Soutenue en 2011

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Le comportement en fluage isotherme de l'alliage M5® a été étudié à haute température dans le domaine biphasé (α+β). Une première approche consiste en l'identification des lois de fluage des phases α et β dans leur domaine monophasé respectif puis en l'extrapolation de ces lois dans le domaine biphasé. Cette approche ne permet malheureusement pas de reproduire le comportement expérimental. Une amélioration de ce modèle est développée dans cette étude en prenant en compte deux effets microstructuraux : (i) la taille de grains : des tailles de grains spécifiques contrôlées ont été obtenues en appliquant des traitements thermo-mécaniques au matériau. Des essais de fluage dans les domaines quasi-α et quasi-β ont ainsi mis en évidence un fort effet de la taille de grains, en particulier dans le régime de fluage diffusionnel. (ii) le contraste micro-chimique entre les phases α et β dans le domaine biphasé : d'après des calculs thermodynamiques et des analyses microstructurales, la phase β est enrichie en Nb et appauvrie en O (inversement pour la phase α). Des essais de fluage ont alors été mis en œuvre sur des alliages Zr-Nb-O dont les teneurs en Nb et O sont représentatives de chaque phase dans le domaine biphasé. Cette base expérimentale a permis de d'identifier de nouvelles lois de fluage pour les phases α et β. Ces lois ont été ensuite implémentées dans un modèle éléments finis afin de simuler le comportement du matériau biphasé. La morphologie 3D des phases (en particulier la germination de la phase β aux joints de grains α) est introduite explicitement dans les simulations afin de mettre en évidence son effet sur le comportement macroscopique. M5® est une marque déposée d'AREVA NP.

  • Titre traduit

    High temperature creep behavior in the (α + β) phase temperature range of M5® alloy


  • Résumé

    The isothermal steady-state creep behavior of a M5® thin sheet alloy in a vacuum environment was investigated in the (α+β) temperature, low-stress (1-10MPa) range. To this aim, the simplest approach consists in identifying α and β creep flow rules in their respective single-phase temperature ranges and extrapolating them in the two-phase domain. However, the (α+β) experimental behavior may fall outside any bounds calculated using such creep flow data. Here, the model was improved for each phase by considering two microstructural effects: (i) Grain size: Thermo-mechanical treatments applied on the material yielded various controlled grain-size distributions. Creep tests in near-α and near-β ranges evidenced a strong grain-size effect, especially in the diffusional creep regime. (ii) Chemical contrast between the two phases in the (α+β) range: From thermodynamic calculations and microstructural investigations, the β phase is enriched in Nb and depleted in O (the reverse being true for the α phase). Thus, creep tests were performed on model Zr-Nb-O thin sheets with Nb and O concentrations representative of each phase in the considered temperature range. New α and β creep flow equations were developed from this extended experimental database and used to compute, via a finite element model, the creep rates of the two-phase material. The 3D-morphology of phases (β grains nucleated at α grain boundaries) was explicitly introduced in the computations. The effect of phase morphology on the macroscopic creep flow was shown using this specific morphology, compared to other typical morphologies and to experimental data. M5® is a registered trademark of AREVA NP.

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  • Détails : 1 vol. (301 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 283-300

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 160.698 CCL TH 1325
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  • Cote : EMP 160.699 CCL TH 1325
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