kers (mesu 5Kg) du j dé
Des essais de Small Punch test à l’air et dans l’eutectique Plomb-Bismuth ont été effectués à 300°C et à 380°C sur des éprouvettes constituées de chacun des aciers de base et de la soudure (Figure 22). Les échantillons comportant le matériau soudé sont aussi constitués des deux aciers de base ; c‘est donc le joint soudé (T91+matériau soudé+316L) qui est en réalité testé.
Les essais menés sur chacun des matériaux de base montrent à l’air comme en présence de métal liquide un comportement ductile (courbe SPT des matériaux ductiles et rupture ductile avec aucun effet du LBE) (Figure 22).
Concernant le joint soudé, un effet du LBE est observé (Figure 22). Les zones 1 et 2 (flexion élastique et plastique) des courbes SPT ne sont pas modifiées, cependant en présence du métal liquide, la rupture a lieu plus tôt au niveau de la zone 3 (étirement de l’éprouvette). La chute d’énergie à rupture due à la présence du LBE est de 30%.
0 500 1000 1500 2000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 T91 - air T91 - LBE 316L - air 316L - LBE Soudure - air Soudure - LBE Fo rc e (N ) Déplacement (mm) 300°C
Figure 22 : courbes effort-déplacement obtenues lors d’essais SPT à 300°C, à l’air et en LBE pour les différents constituants du joint soudé : acier 316L, acier T91, soudure
A l’air, le matériau semble se comporter comme un matériau « homogène » : la fissure est circulaire ou semi-circulaire avec une faciès de rupture ductile. Cependant, pour certaines éprouvettes, la fissure (Figure 23) initialement semi circulaire tend à se propager linéairement au niveau de l’interface entre la soudure et l’acier T91. La fissure circulaire est majoritairement présente au niveau de l’acier T91. Le faciès de rupture au niveau de la fissure circulaire est ductile tandis que celui au niveau de la fissure linéaire est plus lisse et correspond à une décohésion. Ces observations permettent de conclure à une bonne tenue mécanique du joint soudé, cela même si une fissuration est observée au niveau de l’interface acier T91 / soudure. En effet, au début de l’essai de SPT (zone 1 et 2), la partie la plus contrainte de l’échantillon est celle qui est constituée uniquement de la soudure. Si le soudage avait entraîné une fragilisation de l’interface ou du matériau provenant du métal fondu (ségrégation chimique ou microstructurale, porosité), une rupture fragile ou une décohésion de la soudure ou au niveau de l’interface aurait lieu en début d’essai. Au contraire, malgré les différences de composition chimique et de dureté, à l’interface T91/soudure, nous observons un grand nombre de bandes de glissement, marques d’une déformation plastique relativement importante. La rupture préférentielle au niveau de l’acier T91 peut s’expliquer par la plus grande ductilité de l’acier 316L et le contrôle en déplacement de l’essai SPT, qui impose au
niveau des deux aciers un même déplacement de matière. Le T91 étant plus dur et moins ductile que l’acier 316L, il va alors supporter des contraintes plus importantes. Ainsi, il protège en quelque sorte mécaniquement l’acier 316L, et sera le siège préférentiel de la rupture. De plus, comme le montrent les courbes effort- déplacement obtenues en SPT, le comportement du joint soudé est alors similaire à celui de l’acier T91 (Figure 22).
316L Interface T91/soudure : Décohésion Ductile 316L Interface T91/soudure : Décohésion Ductile
Figure 23 : vue macroscopique de la fissuration du joint soudé testé à 300°C à l’air, et des
En LBE, deux types de fissurations sont observés. Le premier correspond à une fissure initialement semi-circulaire ductile, localisée pour une large part au niveau de l’acier T91, qui tend à se propager linéairement au niveau de l’interface entre l’acier T91 et la soudure. Le faciès de rupture au niveau de l’interface présente l’aspect de décohésion comme observé à l’air. Le second type (Figure 24) présente une fissure circulaire, essentiellement localisée au niveau de l’acier T91, qui s’accompagne de petites fissures radiales. L’interface entre l’acier T91 et la soudure est aussi fissurée. Les faciès de rupture de la fissure principale sont ductiles au niveau de la soudure, de l’acier T91 et de l’acier 316L. La fissuration de l’interface présente une décohésion, les fissures radiales au niveau de l’acier T91, un aspect fragile.
faciès de rupture
Interface T91/soudure Fragile Ductile Comme de la décohésion Interface T91/soudure Fragile Ductile Comme de la décohésion
Figure 24 : vue macroscopique de la fissuration du joint soudé testé à 300°C en LBE, et des faciès de rupture
En LBE, le début de l’essai est similaire à celui obtenu à l’air : déformation de la partie soudure, concentration des contraintes au niveau de l’acier T91 et rupture de celui-ci. Cependant, apparaissent des fissures radiales fragiles au niveau de l’acier T91. Ces fissures ne peuvent pas être seulement un effet de la présence de métal liquide. En effet, un faciès fragile n’a jamais été observé pour de l’acier T91 TR750 (dureté de 256) [Ser07].
Généralement, lors des essais de SPT, les fissures radiales sont observées lorsque la capacité de déformation plastique du matériau est faible. Ainsi, lors d’essais de SPT pour l’acier T91 TR500 (microstructure de dureté importante), les échantillons testés à l’air et à 300°C [Ser07] présentent des fissures radiales. Du fait de la présence de l’acier 316L, matériau plus ductile, et du contrôle de l’essai en déplacement, il existe une concentration des contraintes au niveau de l’acier T91, qui provoque l’apparition de fissures radiales. La formation de fissures en métal liquide et donc de surfaces fraîches en contact avec le LBE mènent à une diminution locale de la valeur critique du facteur d’intensité de contraintes du matériau [Leg00, Nic01]. Cette diminution, associée à des contraintes élevées et à un effet de triaxialité des contraintes au niveau des fissures radiales peut expliquer la fragilité locale de l’acier T91.
Ainsi, la faible tenue mécanique du joint soudé en présence de l’eutectique LBE
ntant une dureté et