M´ ethodologie adopt´ ee

Limites des donn´ees bibliographiques

Les essais exp´erimentaux pr´esent´es pr´ec´edemment, particuli`erement ceux de D. Maisonnette bas´es sur des cin´etiques thermiques repr´esentatives du soudage, constituent d’ores et d´ej`a une base de donn´ees tr`es int´eressante pour apr´ehender le comportement de l’alliage 6061-T6 lors d’un proc´ed´e de soudage FE. N´eanmoins, dans le cadre de ces travaux il a ´et´e d´ecid´e de proc´eder `a des essais de caract´erisations cycliques. Pour cette application, ce choix se justifie pour deux raisons :

– le proc´ed´e d’´etude induit du cyclage lors d’une passe de soudage6. De plus, ce ph´enom`ene est amplifi´e dans la zone de recouvrement mais aussi lors d’une op´eration de r´eparation o`u des cycles suppl´ementaires seront appliqu´es au mat´eriau.

– Apr`es soudage, le caisson est sollicit´e de fa¸con cyclique (circulation du fluide, marche-arrˆet r´eacteur, cycles thermiques en fonctionnement) et la seule connaissance du comportement en traction est limitante pour une bonne des-cription de son comportement m´ecanique et de sa tenue en service.

En plus de ces aspects applicatifs, ces travaux de th`ese ont ´egalement pour objectif de mieux comprendre le couplage entre comportement m´ecanique et pr´ecipitation. Dans ce cadre l`a, le changement de direction de sollicitation est la seule voie possible pour mettre en avant les effets li´es `a l’´ecrouissage cin´ematique ou isotrope. Cette meilleure compr´ehension des m´ecanismes mis en jeu permettra ´egalement d’am´eliorer la vision employ´ee actuellement pour la simulation des contraintes r´esiduelles lors du soudage (cf. ´equation (2.12)).

Dans la litt´erature, assez peu de travaux portent sur l’influence de la pr´ecipitation sur l’´ecrouissage cyclique, ce qui peut avoir comme cons´equence une quantification ´eronn´ee des ph´enom`enes physiques mis en jeu en attribuant `a des ph´enom`enes iso-tropes des effets cin´ematiques. N´eanmoins, on note le travail de certains auteurs comme Proudhon et al. [PRO 08] sur la quantification de l’effet Bauschinger sur un alliage de la s´erie 6xxx soumis `a des traitements isothermes (repris ´egalement par Fribourg et al. [FRI 11] pour la s´erie 7xxx). Cependant, outre les questions d’extra-polations `a des traitements anisothermes, l’´etude de l’effet de la pr´ecipitation sur un seul retour plastique en compression peut aussi ˆetre remise en question. En effet, comme le montre les travaux de Chaboche et al. [CHA 08, LEM 09], l’´evolution de l’´ecrouissage cin´ematique peut avantageusement ˆetre mod´elis´e pour une large gamme de mat´eriaux par des mod`eles mettant en jeu `a la fois, l’amplitude de d´eformation plastique <sub>p</sub> mais aussi la d´eformation plastique cumul´ee p de mani`ere s´epar´ee.

Campagne d’essais

Au vu des divers points soulign´es dans le paragraphe pr´ec´edent, le choix d’es-sais a ´et´e port´e sur une sollicitation cyclique multi-amplitudes `a moyenne nulle (les effets de relaxation de la contrainte moyenne ne sont pas ´etudi´es). Le nombre de cycles a ´et´e fix´e `a 30 et trois amplitudes diff´erentes ont ´et´e choisies (cf. fig. 3.6). Par souci de simplicit´e mais aussi de disponibilit´e machine, les effets de type sur-´ecrouissage [AUB 06] seront n´eglig´es et le comportement du mat´eriau sera consid´er´e de type von Mises (cette hypoth`ese est n´eanmoins tr`es r´ealiste pour cette applica-tion au vu de la texture de l’alliage utilis´e pour RJH [SHE 12]). Les essais seront donc uniaxiaux (traction/compression) et la campagne multiaxiale ne sera donc pas effectu´ee (mais une pr´esentation des ´eprouvettes initialement pr´evues pour cette application se trouve en annexes 3).

Lors du soudage, le pilotage de la sollicitation est donn´e par la dilatation ce qui explique que les essais pr´esent´es dans ce manuscrit seront effectu´es `a d´eformation impos´ee. Si l’on consid`ere que le coefficient de dilatation lin´eique moyen pour cet alliage est de ≈ κ = 24, 5.10⁻⁶ K⁻¹ [VAR 61], on obtient au maximum une amplitude de d´eformation de 1,5 % dans la ZAT pour une vitesse de d´eformation maximale de7 ˙ = 5.10⁻³ s⁻¹. Comme expliqu´e dans la prochaine section, l’ampli-tude de d´eformation maximale sera n´eanmoins limit´ee `a 1%, de plus, la vitesse de d´eformation choisie sera assez lente dans la majorit´e des essais ( ˙ = 8.10<sup>−5</sup> s<sup>−1</sup>) afin d’obtenir des essais comparables `a ceux effectu´es dans les travaux de Maisonnette et al. [MAI 10].

Les exp´eriences seront effectu´ees sur un alliage 6061 initialement `a l’´etat T6 pour principalement deux types d’investigations :

– des essais `a froid apr`es un transitoire thermique, – et des essais `a chaud durant un palier isotherme.

Le premier type d’essais a pour but d’´evaluer l’influence de traitements anisothermes sur le comportement m´ecanique et de pouvoir corr´eler ceci avec les mesures de DNPA pr´esent´ees au chapitre 2. Ces essais seront le coeur de ce travail car ils permettront d’observer l’influence seule de la pr´ecipitation sur la rh´eologie du mat´eriau d’´etude dans le cadre d’une large gamme de traitements thermiques. Une sch´ematisation des essais effectu´es est pr´esent´ee en figure 3.6. On remarque sur cette figure que l’essai m´ecanique est effectu´e imm´ediatement apr`es la trempe `a l’air8 ce qui a pour but de caract´eriser des ´etats potentiellement instables comme une SSS en n´egligeant les aspects de vieillissement naturel (NA).

Le second type d’essais effectu´e est `a chaud, il permet d’observer l’effet coupl´e de la pr´ecipitation et de la temp´erature sur l’´evolution du comportement cyclique. Ces essais seront eux-mˆemes divis´es en deux parties : les essais `a cycles m´ecaniques

7. Donn´ees obtenues par la relation ˙ij =κ. ˙∆T .δij

8. Au vu des vitesses de refroidissement mises en jeu on peut effectivement parler de trempe, except´e pour les essais `a vitesse de refroidissement contrˆol´ee.

Température

Effort (pendant le traitement thermique)

temps

10 cycles 10 cycles 10 cycles

Déformation

e

e

e

0 0 0

Figure 3.6 – Sch´ematisation des essais effectu´es `a temp´erature ambiante apr`es un transitoire thermique.

continus et ceux `a cycles m´ecaniques discontinus permettent d’´etudier des gammes de temps de maintien plus importantes mais aussi d’entreposer un essai de relaxation (d’une dur´ee ´egale `a un cycle) entre deux cycles (cf. fig. 3.7) et donc quantifier des effetsvisqueux.

Température

Effort (pendant le traitement thermique)

temps

10 cycles 10 cycles 10 cycles

Déformation

e

e

e

Effort (pendant le traitement thermique)

temps 10 cycles 10 cycles Déformation

e

e

e

Figure 3.7 – Repr´esentation des essais `a chaud effectu´es (a) sans interruption, et (b) avec interruptions de temps entre chaque cycles.

3.2.2 Mise en place des essais