Evolution des propriétés de traction et de ténacité du métal de base d'un alliage d'aluminium 6061-T6 avec l'irradiation et modélisation d'essais avec pop-in

par Tom Petit

Projet de thèse en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Thilo Morgeneyer.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Centre des Matériaux (laboratoire) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Le Centre des Matériaux situé actuellement à Evry (35 km au sud de Paris) est un laboratoire associé au CNRS (UMR 7633) emploie environ 200 personnes dont 30 enseignants-¬chercheurs, 50 ITA, 85 doctorants et 11 post¬doctorants. Les recherches concernent l'élaboration, la caractérisation microstructurale, les études expérimentales du comportement des matériaux, la modélisation et la simulation numérique. Elles sont réalisées en étroite collaboration contractuelle avec des partenaires industriels. Cette étude s'inscrit dans le cadre du projet de développement du futur réacteur d'irradiation expérimentale RJH (Réacteur Jules Horowitz). Ce réacteur construit sur le site du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) de Cadarache prendra la suite du réacteur OSIRIS (CEA Saclay). L'alliage d'aluminium 6061-T6 a été retenu pour la fabrication du caisson-coeur de RJH pour sa bonne résistance à la corrosion, ses bonnes propriétés mécaniques pour le matériau à l'état vierge ainsi que sa forte transparence neutronique. Composant central du réacteur, c'est à l'intérieur du caisson que se déroule la réaction nucléaire. En fonctionnement, ce composant est soumis à une forte irradiation neutronique. Le caisson est composé de différentes pièces forgées en alliage d'aluminium qui sont ensuite assemblées entre elles par soudage. Le métal de base (MB) est un alliage 6061 utilisé à l'état revenu (noté T6), ce qui lui confère un durcissement structural optimal (précipitation fine de Mg2Si) garantissant ses bonnes propriétés mécaniques. En particulier le matériau de base a été optimisé dans le cadre des thèses de Y. Shen et C. Flament. Afin de mesurer les évolutions des propriétés du MB sous irradiation, des irradiations expérimentales ont été lancées dans le réacteur OSIRIS (programmes RAJAH). Différents caissons démonstrateurs ont ainsi été testés à l'état irradié dans le cadre de RAJAH. A partir des matériaux déjà testés à différentes fluences, le comportement du MB en traction montre un durcissement sous irradiation avec très peu de consolidation, une baisse des allongements (avec un creux de ductilité à 75°C), ainsi qu'un résultat inhabituel d'augmentation de la striction (expliqué par appauvrissement de la matrice en Mg, à vérifier par des examens MET). Par ailleurs, en ténacité, on constate une présence très fréquente de pop-ins, conduisant à l'avancée brutale de la fissure associée à la chute brutale de la force. On souhaite à la fois expliquer le comportement en traction (creux de ductilité à 75°C, augmentation de la striction), et étudier plus en détail les pop-in et instabilités obtenus en ténacité par des études macro- et microstructurales. Ainsi, des essais de traction et ténacité spécifiques (traction à différente vitesse, ténacité sans décharge) pourront être réalisés sur les caissons démonstrateurs à l'état irradié ou non irradié, puis sur le vrai caisson, et être corrélés à des caractérisations métallurgiques (microscopie optique, MEB, MET, micro-dureté, SAT), avant de modéliser les essais réalisés et d'identifier des lois de comportement. L'objectif final sera de modéliser le comportement du métal de base du vrai caisson, et de simuler avec pertinence et si possible sur une base microstructurale fondée les mécanismes conduisant aux pop-ins.

  • Titre traduit

    Evolution of the tensile and fracture toughness properties of the base metal of an aluminum alloy 6061-T6 under irradiation and modelling of tests with pop-in


  • Résumé

    Evolution of the tensile and fracture toughness properties of the base metal of an aluminum alloy 6061-T6 under irradiation and modelling of tests with pop-in