Traction simple

Dans un premier temps, des essais de traction sont menés sur des éprouvettes à l’état de réception afin d’étudier le comportement élastique et plastique de l’alliage. Ces essais sont réalisés pour des températures variables, entre 20°C et 870°C. Les essais à 20°C sont des essais normalisés, réalisés par la société ECCI. Des essais en température ont également été réalisés au CIRIMAT.

II.2.1. Traction à température ambiante

Les essais à 20°C respectent la norme ASTM E8/E8M rev. 11-12. Les éprouvettes sont usinées d’après les spécifications internes à Safran Landing Systems (cf. chapitre 2, III.1.1) imposant

un rapport _LMNO_L . Les résultats de ces essais de traction sont présentés dans le Tableau III-5.

Dénomination B1 B2 B3 B4

Prélèvement Sens long Sens long Sens long Sens travers _long

Rm (MPa) 572 572 573 474

Rp0,2 (MPa) 237 264 262 263

A% 36 29 34 10

Z% 42 41 41 15

E (GPa) 197 171 194 168

Tableau III-5 : Résultats d’essais de traction à 20°C réalisés sur le P20-B Les données du fournisseur donnent les propriétés mécaniques suivantes :

9 P_F* * *302*

9 P_<* * * *302*

9 Q* * #R* 9 S* * R*

Un bon accord est donc obtenu entre les essais réalisés dans le sens long et les propriétés mécaniques annoncées par le fournisseur. Seul l’allongement à rupture est légèrement inférieur à celui attendu. Les propriétés données par le fournisseur correspondent donc à la direction de laminage.

Par ailleurs, ces résultats mettent en évidence une forte anisotropie du matériau. La résistance mécanique dans le sens travers long est inférieure à celle mesurée dans le sens long, et une chute drastique de l’allongement à rupture est à noter. Le module d’Young semble également affecté dans une moindre mesure. _*

Des essais de traction sont également réalisés à 20°C sur le P20-Support-257cyc. Ces éprouvettes sont usinées et testées selon les mêmes conditions que le P20-B. Les éprouvettes sont prélevées en différentes zones afin d’évaluer une possible influence des contraintes subies par le matériau sur son vieillissement et son comportement mécanique. Pour cela, elles sont extraites sur l’outillage dans des zones sollicitées en traction (T1), en compression (C1, C2), et peu sollicitées (N1, N2, N3) illustrées en Figure III-46, où la direction de laminage L est indiquée.

Figure III-46 : Modélisation d’un bras supérieur de l’outillage et calcul des contraintes de Von Mises, localisation des zones de concentration des contraintes, et localisation des éprouvettes prélevées pour les essais de traction sur le matériau vieilli in situ. Les échelles sont données en mm

L

Toutes les éprouvettes sont prélevées dans la direction de laminage. Les résultats obtenus sont présentés dans le Tableau III-6.

Dénomination N1 N2 N3 T1 C1 C2

Sollicitation Neutre Traction Compression

Rm (MPa) 589 587 576 583 593 588

Rp0,2 (MPa) 298 258 286 275 302 292

A% 31 35 33 33 35 35

Z% 46 46 46 40 45 45

Tableau III-6 : Résultats d’essais de traction simple réalisés à 20°C sur

P20-Support-257cyc dans différentes zones de sollicitations

Pour une meilleure lisibilité, l’ensemble de ces résultats est illustré dans les diagrammes en Figure III-47. Les sollicitations mécaniques subies au cours du vieillissement ne semblent pas modifier notablement les propriétés mécaniques. Une légère augmentation de la résistance mécanique : _{T* *302 est observée avec le vieillissement. L’augmentation de la limite} élastique est sensiblement plus marquée : T* *302. Les évolutions de l’allongement à rupture et de la striction sont incluses dans l’erreur de mesure.

Figure III-47 : Représentation graphique des résultats des essais de traction (sens long) à 20°C présentés dans les deux tableaux précédents sur P20-B et P20-Support-257cyc. Les histogrammes correspondent aux moyennes des

mesures et les écarts-types sont présentés pour chaque mesure

II.2.2. Traction à chaud

En complément, des essais de traction ont été réalisés au CIRIMAT entre 20°C et la température d’étude de 870°C. Le P20-B a été testé dans la direction de laminage. Les éprouvettes utilisées présentent la géométrie illustrée dans la partie III.1.3 du chapitre 2. Les courbes de traction obtenues sont présentées en Figure III-48.

L’augmentation de la température d’essai induit une diminution de la résistance mécanique, de la limite élastique ainsi que de l’allongement à rupture, signe de l’importance de la

viscoplasticité du matériau à 870°C. Des instabilités de type Portevin-Le Châtelier sont observées à 650°C pour cette vitesse de sollicitation, indiquant dans ces conditions des interactions entre les dislocations mobiles et les espèces en solution solide.

Figure III-48 : Courbes de traction obtenues sur le P20-B pour une vitesse de déformation UV :4 :?*et pour 4 différentes températures. Essais réalisés sous air, éprouvettes prélevées dans le sens long

Des essais de traction, doublés, sont réalisés à 870°C, sur le P20-B et le P20-Support-257cyc. La précipitation des carbures et de la phase σ induisent seulement des petites modifications du comportement mécanique à température ambiante comme illustré précédemment. A 870°C, la limite élastique et la résistance maximale sont supérieures dans le matériau vieilli comme le montrent les résultats en Figure III-49. L’augmentation du nombre de sites d’endommagement semble donc compensée par le comportement viscoplastique de la matrice.

Figure III-49 : Caractéristiques mécaniques mesurées à 870°C sur le matériau à l’état de réception et sur le matériau vieilli

Des éprouvettes de P20-Support-257cyc ont été observées par microscopie électronique à balayage après essai de traction (Figure III-50). On met en évidence une localisation de l’endommagement au niveau des carbures M23C6 et de la phase σ.

La différence de dureté entre l’austénite et la phase σ génère des concentrations de contraintes importante au cours de la déformation de l’éprouvette, associées à une localisation de l’endommagement. Les rubans de phase σ se clivent ce qui induit la formation de cavités, qui progressent ensuite le long de l’interface γ/σ. De la même manière des cavités apparaissent au niveau des interfaces entre la matrice et les carbures M23C6. A l’inverse, la matrice est très

ductile et des lignes de plasticité à 45° de la direction de traction apparaissent nettement.

Figure III-50 : Observation MEB de la localisation de l’endommagement après un essai de traction à UV :4 :?*sur une éprouvette de

P20-Support-257cyc, pour une déformation imposée de 35%, [A] au niveau

de la phase σ en électrons rétrodiffusés et [B] au niveau d’un carbure M23C6

en électrons secondaires

Conclusion

Le vieillissement de l’alliage induit donc une faible modification des propriétés élastiques et plastiques du matériau, à température ambiante. Par contre, cet effet est plus marqué à 870°C. La précipitation observée génère également des endommagements spécifiques pour de forts taux de déformation.