Essais mécaniques

Les essais de traction à température ambiante ont été réalisés sur une machine INSTRON de type 5500 à une vitesse de déformation : E = vitesse de la traverse

longueur de la zone utile = 10-4 s-l.

Les éprouvettes de traction ont été usinées à partir des tôles traitées sous atmosphère hydrogénée (durée d’usinage et maintien à température ambiante : 3 heures). Après un polissage au papier SiC 1200, celles-ci ont été testées afin d’évaluer l’effet de l’hydrogène incorporé à hautes températures sur les propriétés mécaniques de l’acier Mn-Al. L’influence d’une pré- déformation sur l’évolution des propriétés mécaniques du matériau contenant de l’hydrogène incorporé à chaud a également été étudiée. Pour cela, les plaques MnAl H2 ont été laminées à froid jusqu’à atteindre 30 % de déformation équivalente, dans lesquelles les éprouvettes de traction ont ensuite été usinées puis testées en traction dans les mêmes conditions que les précédentes.

4.1.1.2.1. Effet de l’hydrogène incorporé à HT sur les propriétés

mécaniques de l’acier Mn-Al

Les courbes contrainte-déformation issues de ces essais sont présentées sur la Figure 73. Ces courbes présentent un léger pic de contrainte au moment de l’entrée en plasticité suivi d’un plateau, puis d’un écrouissage significatif jusqu’à la résistance mécanique maximale (Rm) correspondant à l’allongement réparti, et enfin une diminution de la contrainte conventionnelle jusqu’à rupture. La limite d’élasticité à 0,2 % de déformation plastique est comprise entre 700 et 800 MPa. Cette dispersion de la limite d’élasticité est sans doute liée à une certaine hétérogénéité de la microstructure dans la plaque, malgré les précautions prises lors du traitement thermique et du prélèvement des éprouvettes. L’allongement réparti est d’environ 20 %.

En comparant le comportement de l’éprouvette « sans hydrogène » (tôle traitée sous atmosphère N2) avec celle des éprouvettes « avec hydrogène » (tôle traitée sous atmosphère H2), il apparaît que l’hydrogène incorporé à hautes températures n’entraine pas de diminution de la ductilité. Pour les quantités d’hydrogène dissous, les valeurs de dosage étant inexploitables, on se base ici sur les teneurs obtenues en TDS (Tableau 19) : les éprouvettes chargées non vieillie, vieillies 1 semaine et 10 semaines contiennent respectivement 0,060, 0,003 et 0,001 (+/- 0,001) ppm massique d’hydrogène avant l’essai de traction.

Les faciès de rupture des éprouvettes non vieillies ont été observés au MEB et sont présentés sur la Figure 74. Comme usuellement dans les ruptures ductiles de type cup-cone, il apparaît deux zones sur les vues d’ensemble des faciès (images a- et d-) : une zone inclinée en périphérie et une zone perpendiculaire à la direction de traction au centre des faciès. Les images b- et e- ont été prises respectivement dans la zone inclinée et dans la zone centrale des faciès et les images c- et f- dans la zone centrale des faciès. Quel que soit l’état d’hydrogénation des éprouvettes, les faciès présentent des cupules de l’ordre du micromètre et une striction importante (déterminée par mesure de la réduction d’aire au niveau de la zone de rupture, Tableau 22), signature d’une rupture ductile. Les faciès de rupture des éprouvettes hydrogénées puis vieillies (non présentés ici) sont également purement ductiles à cupules.

Figure 73 : Courbes contrainte-déformation des éprouvettes Mn-Al H2 avant et après vieillissement à température ambiante – E = 10-4 _s-1_.

Tableau 22 : Mesures de striction. Etat d’hydrogénation Sans H H – non vieilli H – vieilli 1 semaine H – vieilli 10 s e maine s Réduction d’aire (%) 56 49 non mesurée 62

Figure 74 : Mn-Al : faciès de rupture à cupules (plan NT) a-b-c) sans hydrogène et d-e-f) avec hydrogène HT sans vieillissement.

4.1.1.2.2. Influence d’une pré-déformation sur les propriétés mécaniques – e n

pré s e nce d’hydrogè ne

Les courbes contrainte- déformation issues des essais réalisés sur éprouvettes prélevées dans les tôles prélaminées 30 % sont présentées sur la Figure 75. La limite d’élasticité à 0,2 % de déformation plastique vaut environ 1000 MPa et l’allongement réparti environ 2 %. Comme attendu, ces valeurs sont respectivement supérieures et inférieures à celles obtenues sur les éprouvettes non pré- déformées. Aussi, le pic de traction et le plateau des courbes des éprouvettes non déformées, n’apparaît pas dans ce cas. En effet, ce pic de traction est dû au décrochement des dislocations de l’atmosphère de Cottrell qui se forme au cours du refroidissement de l’acier. Or, pour les aciers déformés, les dislocations sont déjà décrochées au cours du laminage et peuvent donc bouger librement au cours de l’essai de traction (sans contrainte supplémentaire).

L’hydrogène incorporé à hautes températures ne semble pas avoir d’impact sur les propriétés mécaniques de l’acier Mn-Al chargé en hydrogène à haute température puis pré-déformé 30 %. Les réductions d’aire mesurées (Tableau 23) révèlent toutefois des strictions légèrement moins importantes dans le cas des éprouvettes chargées en hydrogène. Contrairement aux éprouvettes non pré-laminées, pour lesquelles l’hydrogène désorbe avant essai de traction (au cours de l’usinage des éprouvettes – 1h30), avec une pré-déformation (voir cinétique de la Figure 69), l’hydrogène ne désorbe pas avant la traction. Cela apparait clairement sur ces réductions d’aire qui n’évoluent pas au cours du vieillissement. Les éprouvettes non vieillies, vieillies 1 semaine et 2 semaines contiennent respectivement 0,081, 0,056 et 0,064 ppm massique d’hydrogène avant les essais de traction (mesures TDS).

Les faciès de rupture ont été observés au MEB en direction transverse (NT) et sont présentés sur la Figure 76. Les images b- et e- ont été prises au centre des faciès et les images c- et f- au bord des faciès. Quel que soit l’état d’hydrogénation des éprouvettes déformées, les faciès présentent des cupules de l’ordre du micromètre, signature d’une rupture ductile. Les faciès de rupture des éprouvettes hydrogénées, laminées, puis vieillies sont également ductiles.

Tableau 23 : Mesures de striction. Etat d’hydrogénation Sans H H – non vieilli H – vieilli 1 semaine H – vieilli 2 s e maine s Réduction d’aire (%) 51 42 41 40

Figure 76 : Mn-Al 30 % : faciès de rupture à cupules (plan NT) a-b-c) sans hydrogène et d-e- f) avec hydrogène HT sans vieillissement.