Influence du sens de prélèvement Anisotropie des propriétés

Pour étudier l’anisotropie des propriétés mécaniques suivant le sens de prélèvement des éprouvettes par rapport à l’axe de filage des barres, il a été nécessaire de réaliser les essais sur des mini-éprouvettes. Les mini-éprouvettes plates ont une longueur totale de 14 mm ce qui permet de les prélever dans le sens transverse des barres d’aciers ODS. Tout comme pour les éprouvettes cylindriques, les essais ont été réalisés à deux vitesses de sollicitation et à différentes températures comprises entre 20°C et 650°C. Les trois sens de prélèvements sont repérés de la façon suivante : SL pour une longueur utile de l’éprouvette parallèle à la direction de filage de la barre, ST pour une longueur utile perpendiculaire et 45° pour une longueur utile faisant un angle de 45° avec l’axe de la barre. Les essais sur les mini-éprouvettes SL ont été en partie faits pour s’assurer que les données de tractions sont indépendantes de la géométrie de l’éprouvette. Dans le cadre de ces travaux de thèse, l’anisotropie n’a été étudiée que sur les nuances élaborées au CEA : le 14% de Cr J56 et le 9% de Cr J84, et dans une moindre mesure sur la nuance à 9% de Cr semi-industrielle J04. L’allure des courbes conventionnelles à trois températures pour la nuance J56 et pour la nuance J84 est présentée Figure III.10. Les allures des courbes sont similaires entre les différents sens de prélèvement pour chacune des nuances à 9% de Cr ou 14% de Cr, mais on constate des différences sur les valeurs caractéristiques d’allongement ou de résistance mécanique.

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Figure III.10 : Allure des courbes de traction en données conventionnelles (vitesse : 7.10-4 s-1) en fonction du sens de sollicitation pour 3 températures (a) pour la nuance à 14% de Cr J56 et (b) pour la nuance à 9% de Cr J84 ; en trait plein les

essais SL, en pointillés fins les essais ST et en pointillés larges, les essais 45°

Plus précisément, la Figure III.11 présente l’évolution de la limite d’élasticité et de l’allongement total pour les différents sens de prélèvement des éprouvettes pour deux vitesses de sollicitation différentes pour l’acier ODS à 9% de Cr. Dans l’ensemble, les données sont proches et peu impactées par le sens de prélèvement, excepté à 600°C vitesse rapide où la limite d’élasticité en sens transverse est inférieure de plus de 120 MPa aux deux autres directions. De la même façon, l’allongement total est également moindre dans ce sens pour les mêmes conditions de vitesse et de température par rapport aux sens long et à 45° (27% contre 43% et 51%). En revanche, l’allure des courbes est la même : on retrouve la présence d’un pic de ductilité à 600°C pour les 3 directions de sollicitation pour les essais réalisés à 7.10-4 s-1. Ce pic est décalé à 500°C lorsque la vitesse est ralentie à 10-5 s-1. La sensibilité de la contrainte à la vitesse de sollicitation est comparable pour les 3 directions de sollicitation et ces résultats sur mini-éprouvettes sont cohérents avec ceux obtenus avec la géométrie d’éprouvettes cylindriques. Ces résultats sont bien conformes à ce que l’on pouvait suspecter d’un matériau isotrope, sans texture morphologique ni cristallographie prononcée comme indiquée par la caractérisation de la microstructure présentée au chapitre précédent.

Comme on pouvait s’y attendre, la sensibilité de la contrainte à la vitesse de sollicitation pour la nuance à 9% de Cr est indépendante de la direction de sollicitation. Les trois directions présentent un maximum à la même température (500°C).

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Figure III.11 : Influence du sens de prélèvement sur les propriétés mécaniques de l’acier ODS à 9% de Cr (a) la limite d'élasticité et (b) l'allongement total. Les carrés pour le sens SL, les triangles pour le sens ST et les losanges pour le sens 45°.

Les courbes en trait plein, symboles pleins correspondent aux essais réalisés à la vitesse de 7.10-4 s-1, et les courbes en pointillés, symboles creux correspondent aux essais à 10-5 s-1

Pour la nuance à 14% de Cr, on constate au contraire une anisotropie des propriétés. Tout d’abord, comme l’illustre la Figure III.12, le sens long présente à la fois une plus grande limite d’élasticité et un plus grand allongement total, et ce, quelle que soit la température considérée.

Les sens transverse et à 45° ont des limites d’élasticité assez proches sur toute la plage de température, et elles sont inférieures à celle en sens long de plusieurs dizaines de MPa : ~35 MPa à 20°C, autour de 200 MPa à 600°C et 90 MPa à 650°C.

En revanche, ils se distinguent l’un de l’autre pour l’allongement total. Même si ni le sens transverse ni le sens à 45° ne présentent de pic de ductilité aussi prononcé que pour le sens long, l’allongement en ST est bien moindre comparé à celui en sens 45°. On peut même clairement établir une hiérarchie entre les trois directions pour l’allongement total. Quelles que soient les conditions d’essais (température, vitesse), le sens long est le meilleur des trois, tandis que le sens transverse est celui qui se déforme le moins : à 20°C, l’allongement SL vaut 20,6% et l’allongement ST vaut 12,33%, et à 550°C, ils valent respectivement 33,2% et 7,6%.

Un résultat surprenant qui a déjà été abordé est que sur les mini-éprouvettes en SL la nuance J56 présente un pic de ductilité à 550°C pour une vitesse de sollicitation de 7.10-4 s-1, et vers 500°C pour une vitesse de 10-5 s-1, alors qu’aucun n’a été clairement détecté sur les éprouvettes cylindriques. L’observation aléatoire de ce pic reste pour l’instant inexpliquée.

Par ailleurs, sur cette nuance texturée, les résultats des calculs de la sensibilité de la contrainte avec la vitesse de déformation sont assez surprenants puisque pour les sens transverse et à 45°, à 600°C, la sensibilité est très négative. Cela peut traduire un vieillissement dynamique important, mais il faut être prudent car une très faible modification de la limite d’élasticité conduit à des résultats bien différents.

Contrairement à la nuance à 9% de Cr, la nuance à 14% de Cr présente une forte texture cristallographique suivant là direction de filage, ainsi qu’un allongement important des grains dans

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cette direction. Ceci peut être un élément permettant d’expliquer la différence de comportement avec la direction de sollicitation.

Figure III.12 : Influence du sens de prélèvement sur les propriétés mécaniques de l’acier ODS à 14% de Cr (a) la limite d'élasticité et (b) l'allongement total. Les carrés pour le sens SL, les triangles pour le sens ST et les losanges pour le sens 45°.

Les courbes en trait plein, symboles pleins correspondent aux essais réalisés à la vitesse de 7.10-4 s-1, et les courbes en pointillés, symboles creux correspondent aux essais à 10-5 s-1