Etude des propriétés mécaniques de l'acier 316 ln élaboré par compression isostatique à chaud. Influence des paramètres de fabrication

par Raphael Couturier

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Yves Bienvenu.

Soutenue en 1999

à Paris, ENMP .

mots clés

• Acier inoxydable -- Propriétés mécaniques
• Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)
• Compression isostatique

Résumé

Cette etude concerne l'analyse des proprietes mecaniques de l'acier inoxydable 316 ln elabore par compression isostatique a chaud (cic), en relation avec la microstructure. La presence de precipites submicroniques aux frontieres entre particules de poudre (ppb : prior particle boundary) est reliee au processus d'endommagement specifique a ce materiau. L'optimisation du procede de cic pour l'alliage 316 ln a ete realisee a partir de lopins de petite dimension mise en forme avec des parametres de consolidation variables. Pour les lopins consolides avec un temps de palier variable, les essais de resilience ont montre qu'un temps de palier minimum de 3 heures est necessaire pour atteindre une cohesion satisfaisante. La resilience passe de 115 j/cm 2 pour un temps de palier de 1 heure a environ 180 j/cm 2 pour les temps de palier superieur a 3 heures. Des essais de resilience a differentes temperatures ont egalement montre que l'acier 316 ln elabore par cic se differencie d'une nuance de fonderie par une resilience qui chute avec la temperature. Cette chute de resilience lorsque la temperature diminue s'accompagne d'une transition entre un mode d'endommagement ductile homogene et un mode ductile localise aux ppb. L'analyse chimique au met des precipites aux ppb montre que ceux-ci sont en majorite des oxydes mixtes de chrome et de manganese. L'observation au met de repliques extractives revele que l'interaction entre les grains recristallises et les precipites aux ppb joue un role preponderant vis a vis de la cohesion du materiau dense. L'influence de la precipitation aux ppb sur l'endommagement est analysee a partir d'essais de traction sur des eprouvettes axisymetriques entaillees (ae). A 20\c, l'endommagement se caracterise par la presence en volume d'une population de micro-fissures localisees aux ppb. Apres un calcul mecanique par elements finis des eprouvettes ae, un modele d'endommagement decouple est applique au cas de l'acier 316 ln cic (modele de thomason). Lorsque l'eprouvette atteint la deformation a rupture experimentale, le calcul par elements finis montre une multiplication rapide des micro-fissures au centre de l'eprouvette.

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