DÉPARTEMENT DE MÉTALLURGIE DE GRENOBLE
SERVICE D'ÉTUDES RADIOMÉTALLUGIQUES
COMPTE RENDU DMG N° 5 3 / 8 2
F « n ^ ° ^
le 21 Juillet 1982
INFLUENCE DE LA MICROSTRUCTURE SUR LE COMPORTEMENT EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE DE L'ALLIAGE 800 â 500°C
Atum
Autumn metallurgy meeting
Paris, France 19 - 21 Oct 1982 CEA-CONF--6556
G, ROBERT
Centre a'Eludes Nucléaires de Grenoble
G.ROBERT (1) - F.LENE (2) - J.M.TERRIEZ (3) (1) DMG/CEN/GRENOBLE
(2) Laboratoire de Mécanique Théorique de Paris VI
(3) Institut de Mécanique de GRENOBLE INFLUENCE DE LA MICROSTRUCTURE SUR LE COMPORTEMENT EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE DE L'ALLIAGE 800 à 550°C.
. L'alliage 800, utilisé pour la fabrication des générateurs de vapeur du surgénérateur Super-Phénix, durcit par précipitation de la phase y' [Ni
3(Ti Al)] et les caractéristiques de cette dispersion évoluent au cours du maintien en température.
Afin de mieux cerner le comportement cyclique à long terme de ce maté- riau, une action, regroupant au sein du G.I.S. "rupture à chaud" un labora- toire de métallurgie (1) et deux équipes de mécaniciens (2) et (3), se pro- pose de prendre en compte les données microstructurales (y
1) dans la formula- tion de la loi de comportement de ce matériau.
Approche métallurgique : GEP3M (1) (A. MATHIOT - G. ROBERT)
- Les essais de fatigue oligocyclique ont été réalisés â 550°C selon des déformations totales imposées de 1% et
2%sur les états hypertrempés, vieillis 1160 h â 550*C et 1460 h â 600°C, d'une nuance d'alliage 800 conte- nant 0,62 % de titane et aluminium.
- Les diamètres moyens des précipités relatifs aux 2 états vieillis à 550°C et 600°C ont ét6 déterminés par diffusion des neutrons aux petits an- gles et par microscopie électronique en transmission. Leurs valeurs respecti- ves sont de 30 A et 100 A.
- Comme le montre la figure (1), la précipitation y' provoque une aug- mentation de la contrainte maximale et le durcissement cyclique le plus impor
tant est obtenu pour le matériau contenant les plus gros précipités.
L'état à f i n e précipitation qui s'avère le plus endurant se distingue des deux autres matériaux par l'existence d'un stade de déconsolidation.
4 0 0
3 0 0
2 0 0
1 0 0
^ T M P ;
^
ALLIAGE 8 0 0 F a t i g u e O l i g o c y c l i q u e
5 5 0 ° c _ i \ ç t = l%
E t a t s
— hypertrempè - 1160hà 550°c
" 1460h à M O ° c
d(0*)
30A LOOA NS:
FIGURE 1
1 10 100 1000EVOLUTION DE LA CONTRAINTE MAXIMALE EN FONCTION:
- du nombre de cycles
-du diamètre des précipite's
- Les examens de microsctructure montrent que la précipitation Y'» fac- teur de diminution des possibilités du glissement dévié, entraine une nette localisation de la déformation dans des bandes de glissement (111). Dans l'état vieilli à 550°C, le cisaillement des fins précipités
y'accentue cette localisation et induit le stade de déconsolidation observé. Pour le matériau recuit â 600°C où la taille des précipités est importante, les possibilités de cisaillanent diminuent et le niveau de contrainte nécessaire aux dislocations pour contourner ces obstacles par glissement dévié, devient important.
- Dans la mesure où par les fortes amplitudes de déformation cyclique, la durée de vie dépend principalement de la vitesse de propagation des fissu- res, l'évolution du nombre de cycles à rupture des différentes structures étu- diées peut se décrire â l'aide d'un modèle de propagation, proposé parHorno-
bogen, liant par une loi de proportionnalité la vitesse de fissuration aux
possibilités de glissement déviés du matériau. Selon cette approche, l'effet
de la précipitation
y'apparait bien bénéfique et la taille des précipités,
qui, en fonction du type de franchissement des obstacles (cisaillement ou
contournement), conditionne le degré de localisation de la déformation, se
présente comme un paramètre essentiel à l'identification précise du comporte-
ment cyclique de l'alliage 800.
Approche mécanique
1 - Laboratoire de Mécanique Théorique Equipe (DUVAUT, LENE, LEGUILLON, KRASUCKI)
La méthode d'homogénéisation (Duvaut, Lions, Sanchez, T a r t a r . . . ) permet de prendre en compte dans une description macroscopique du comportement la structure microscopique du matériau.
Deux caractéristiques ont été retenues dans l a description microscopique;
la présence des précipités y ' et l'existence de bandes da glissement. Ces deux caractéristiques sont liées lorsqu'on considère les modes d'endommagement par cisaillement et par contournement des précipités par les dislocations.
Les travaux actuels n'abordent pas l'aspect "propagation" mais recherchent davantage la modélisation du comportement sur les "faces" des plans de g l i s s e - ment. Dans ce cadre, différents modèles ont été envisagés :
a/ l o i de glissement de nature élastique. Les calculs numéri- ques font apparaître une dégradation de la r i g i d i t é du nutériau quand le coef- f i c i e n t s c a l l a i r e caractérisant le glissement décroit.
b/ l o i de glissement visqueux. La prise en compte de cet aspect du g l i s - sement permet de montrer que le matériau (élastique quand i l est sain) a un comportement macroscopique visco élastique. On peut déterminer par le calcul les coefficients de relaxation ainsi que la réponse â un chargement cyclique.
c/ l o i de glissement non l i n é a i r e avec paramètres internes. Actuellement des méthodes de calcul faisant intervenir une l o i non l i n é a i r e de glissement sont mises au point. Cette approche d o i t étendre l e nombre de paramètres du modèle, et permettre ainsi de rendre c e l u i - c i plus cohérent avec les observa-
tions expérimentales.
2 - I n s t i t u t de mécanique de Grenoble (GULLIN, TERRIEZ, WACK)
La modélisation du comportement de l ' a l l i a g e 800 et la prise en compte du phénomène de vieillissement sont tentées à l'I.M.G. à p a r t i r des travaux de mise au point d'un schéma c o n s t i t u t i f des solides anélastiques. La l o i de com-
portement proposée s ' i n s c r i t dans un cadre général fondé sur l'hypothèse de
superposition de deux contributions d i s s i p a t i v e s , l'une s t a t i o n n a i r e , l ' a u t r e instationnaire et sur l'hypothèse d ' i n t e r a c t i o n entre ces deux contributions.
Le formalisme est héréditaire. La contribution stationnaire est à mémoire d i s - crète : e l l e dépend de deux variables qui sont des fonctionnelles du chargement;
fonctions d'un nombre f i n i d'états antérieurs connus par le matériau au cours de son évolution. La contribution instationnaire est à mémoire continue, par- f a i t e ou ëvanescente. Le modèle est phénomélogique. I l dépend de sept c o e f f i - cients scalaires, caractéristiques du comportement du matériau. Leur sens phy- sique immédiat permet une détermination rapide sur la base d'essais expérimen-
taux de traction-compression. Pour prendre en compte la présence de précipités et l ' i n f l u e n c e de leur diamètre sur les propriétés mécaniques du matériau, nous supposons que ces sept coefficients sont fonctions de ce paramètre microstruc- t u r a l . La détermination de ces fonctions se poursuit. Nous présentons sur la figure (2) une comparaison entre l e comportement expérimental en t r a c t i o n - compression d'un matériau recuit 1460 h à 600°C et l e résultat théorique four- ni par le modèle présenté ci-dessus.
450
400
r$""MPa
.*—*-
^
d ( J ) = 1 0 O Â
ECART: 1%
Nb de c v c l e a v
8 10
FIGURE 2 . ALLIAGE 8 0 0 - F a t i g u e 0 1 i g o c y c l i q u e : 5 5 0 ° c - A £ t = 2 %
C o m p a r a i s o n e n t r e l e s r é s u l t a t s e x p é r i m e n t a u x (GEP3M) e t t h é o r i q u e s ( I M G )
Conclusions : La première étape de cette action a permis, à l ' a i d e d'examens de microstructures, d'analyser l ' i n f l u e n c e de la précipitation y' sur l e com- portement cyclique de l ' a l l i a g e 800.
En se basant sur ces données microstructurales, la formulation de la l o i de comportement, abordée â p a r t i r de 2 approches théoriques d i f f é r e n t e s , a déjà abouti à des descriptions de l'étape de consolidation.
