1.2) Estimation du taux de déformation d’un alliage base Nickel Inconel

Un alliage base nickel Inconel 600 a été utilisé dans cette étude. La composition chimique de l’alliage est de 15,36 %Cr- 9,98 %Fe-0,4 %Mn-0,17 %Si-0,05 %C-0,034 %C. L’alliage a été traité 2 minutes à 980 °C (mise en solution) puis refroidi à l’air avant la

déformation plastique. 3 séries d’éprouvettes ont été préparées pour couvrir une zone de plasticité plus importante que les deux alliages d’aluminium étudiés au paravent :

- laminage à froid multipasses avec différents taux de déformation plastique pde 0,5 %

à 150 % ;

- traction monotone p de 5 % à 33,4 % ; pour les valeurs au delà de 8 %, à cause de

l’effet de striction, le taux de déformation a été évalué en prenant en compte la variation géométrique des éprouvettes ;

- fatigue oligo-cyclique avec une amplitude de déformation plastique imposée p

variant de 0,51 % à 1,95 %. Les éprouvettes sont sollicitées jusqu’à 20 cycles de chargement, ce qui correspond à la stabilisation de la contrainte. Le taux de déformation équivalent est considéré comme la déformation accumulée pendant 20 cycles.

Les raies de la famille {311} ont été enregistrées avec un détecteur à localisation linéaire à gaz sur un goniomètre 3-cercles « Micro-CGR » sous un rayonnement de Mn

(longueur d’onde K = 0,21 nm). La surface étudiée a été polie électrolytiquement jusqu’à

0,1 mm pour supprimer les effets de surface car la profondeur de la pénétration du faisceau est de l’ordre de 6 m. Le temps de comptage est réglé pour que la hauteur nette de chaque raie soit supérieur à 10000 coups. La largeur intégrale présentée par la suite est la moyenne des largeurs obtenue en variant l’angle  de +37° à –37° [15].

Les évolutions de la largeur intégrale (LI) des raies {311} des différentes éprouvettes déformées sont présentées dans la figure IV-7. On observe une relation empirique très intéressante entre LI et le taux de déformation plastique qui est indépendante du mode de déformation. L’évolution semble suivre une relation semi-logarithmique. Des évolutions semi-logarithmiques de même type ont été également observées pour les aciers [9,16,17], et pour d’autres alliages base Nickel [12]. On peut donc utiliser cette évolution comme une « courbe maîtresse » de l’alliage étudié pour évaluer la quantité de déformation plastique à partir des valeurs des largeurs de raies de DRX. Nous avons donc l’expression suivante pour cet alliage:

__________________________________________________________________________________________ 1 1,5 2 2,5 3 0 20 40 60 80 100 120 140 160

taux de déformation plastique (%)

L a rg e u r in té g ra le { 3 1 1 } (d e g .) laminage à froid traction monotone fatigue oligo-cyclique

Figure IV-7 : Largeur intégrale des raies {311} en fonction du taux de déformation plastique des échantillons en Inconel 600 déformés par laminage, traction et fatigue

(a) laminage p=0% ( b) laminage p=12% (c) laminage p=47%

(d) laminage p=150% (e) traction p=5% (f) traction p=16%

(g) traction p=33% (h) fatigue p= 0,64% (i) fatigue p= 1,82%

Pour essayer de comprendre l’évolution à l’échelle microscopique, des observations au MET ont été réalisées sur des échantillons déformés à différents taux par laminage à froid, traction monotone ou fatigue oligo-cyclique. D’après les clichés de microstructure, on constate qu’à l’état initial, le nombre de dislocations est très limité (Figure IV-8a) ; avec l’augmentation du taux de déformation, la densité de dislocations augmente.

Avec le laminage, la distribution des dislocations est assez aléatoire et homogène à p

=12% (Figure IV-8b) ; à p = 47% de déformation, les dislocations ne se distribuent pas de

façon uniforme (Figure IV-8c) ; les arrangement cellulaires sont nettement observés à p =

150% (Figure IV-8d).

Dans le cas de la traction monotone, la distribution des dislocations est assez aléatoire

à p= 5% (Figure IV-8e) ; la densité augmente en fonction du taux d’écrouisage et jusqu’à un

arrangement cellulaire (Figures IV-8f et IV-8g).

Sur les échantillons déformés par fatigue oligo-cyclique (Figure IV-8h et Figure IV- 8i), la distribution des dislocations est relativement homogène avec une faible amplitude de

déformation p = 0,64% (taux de déformation cumulée = 12,8%) et devient cellulaire avec

une amplitude de déformation plus importante p = 1,82% ce qui correspond à un taux de

déformation cumulée = 36,4%.

Avec les micrographies de MET, il semble que quelque soit le mode de déformation, la distribution des dislocations est assez similaire pour un taux de déformation donné. Cela justifie en partie l’existence de la relation empirique entre LI et le taux de déformation.

En tout cas, l’application industrielle et technique est intéressante et bien réelle avec une calibration préalable [15]. Pour un alliage choisi, on peut estimer le taux de déformation plastique équivalent de façon non-destructive en surface des pièces mécaniques finies par l’analyse de l’élargissement de raies. Ainsi on aura la connaissance approximative de la résistance et de la dureté de la zone analysée car le taux d’écrouissage est en étroite relation avec la limite d’élasticité et la dureté d’un matériau. On peut également connaître le profil de

__________________________________________________________________________________________

distribution du taux d’écrouissage équivalent en fonction de la profondeur dans le cas d’un matériau à gradient de propriétés (traitement mécanique ou thermomécanique de surface, surface usinée etc…).

IV.2) Suivi de l’endommagement des matériaux sollicités

L’endommagement est surtout lié à l’évolution de l’état mécanique et microstructural des matériaux. L’état mécanique englobe tout ce que le matériau a subi comme sollicitations extérieures ; l’état microstructural est l’évolution de la microstructure sous chargement extérieur à l’échelle microscopique. Les contraintes internes microscopiques analysées par

l’élargissement des raies peuvent donc être des indicateurs de l’état résiduel de

l’endommagement et des propriétés mécaniques résiduelles.

Dans ce paragraphe, trois exemples d’études par l’analyse de l’élargissement des raies seront montrées :

- suivi de la résistance à la corrosion sous contrainte d’un alliage Inconel 600

- suivi de l’endommagement par traction et par fatigue d’un acier 20CDV05-08

- estimation de la dureté et de la limite d’élasticité des échantillons déformés d’un

alliage Inconel 600