Michel CORET. Essais pour la détermination de lois de comportement à chaud d alliages métalliques. Séminaire SF2M, Lyon 19 Juin 2014

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1 Michel CORET Essais pour la détermination de lois de comportement à chaud d alliages métalliques Séminaire SF2M, Lyon 19 Juin 2014

2 Sommaire Contexte Essais Standards \2 Essais à ruptures Essais rapides pour les transformations Diffusion des données Michel CORET 19 Juin 2014

3 Contexte : les applications \3 Machines thermiques Fonctionnement EPR (cuve 300 C) Accidents...TMI ou Fukushima (cuve > 1000 C)

4 Contexte : les applications \4 Des procédés Description des essais FIGURE 3.2: Cordon rectiligne monopasse sur plaque droite (cas RECT 1). Soudage ou dépôt Usinage Ligne de fusion Ligne de fusion Sens de dépôt Ø Sens de dépôt Ø

5 Ø Ligne de fusion Ø 230 Contexte : les chargements \5 Description des essais Rapides FIGURE 3.2: Cordon rectiligne monopasse sur plaque droite (cas RECT 1). (10-3 -> 10-6 s) Ligne de fusion Sens de dépôt Moyens (10 0 -> 10 2 s) Sens de dépôt FIGURE 3.3: Disposition des appuis ponctuels en face inférieure des pièces. Lents (10 2 -> 10 6 s) 79 Nombre de Peclet (chauffage externe) Nombre de Nusselt (échauffement interne)

6 Contexte : les phénomènes \6 Dilatation Élasticité Plasticité Viscosité Restauration Vieillissement Changements de phase Diffusion Endommagement Température / Tf fusion >1/4 Déformation / Déformation totale Loi d Arrhénius

7 Sommaire Contexte Essais Standards \7 Essais à ruptures Essais rapides pour les transformations Diffusion des données Michel CORET 19 Juin 2014

8 Moyens d essais en fluage Machine de fluage - Cetim \8 Four à lampes - Chauffage par four - Mise en charge par poids - Mesure de déplacement - Avec ou sans extensomètre

9 Résultats d essais en fluage \9 Lemaitre et Chaboche 1985

10 Moyens d essais en visco-plasticité \10 - Machine hydraulique - Chauffage four ou induction ou résistif - Extensomètre et thermocouples

11 Résultats d essais en plasticité Matériau NOREM dε/dt =10-4 /s \11 Base Fe + 25% Cr + Thèse G. Beaurin INSA-Lyon

12 Résultats d essais en plasticité cylclique \12 Matériau 15-5PH dε/dt =10-4 /s (Inox. martensitique) Thèse A. Mondelin LaMCoS/LTDS

13 Résultats d essais en plasticité Fonte GL dε/dt =10-3 /s \13 Traction Compression Thèse I. Hervas Dobon Univ. Caen

14 Résultats d essais en visco-plasticité Acier XES dε/dt = variable \14 Thèse B. Beaubier LMT-Cachan

15 Identification en visco-plasticité \15 Essais sur VER Relativement proches des essais à froid Nécessitent une instrumentation spécifique Cependant il y a beaucoup de coefficients à identifier Exemple : Thèse B. Beaubier

16 Identification en visco-plasticité \16 Exemple : Thèse B. Beaubier +

17 Sommaire Contexte Essais Standards \17 Essais à ruptures Essais rapides pour les transformations Diffusion des données Michel CORET 19 Juin 2014

18 Motivations \18 Prévision de la ruine accidentelle d un réacteur par perte de réfrigérant. Essais Forever : Maquette 1/10 ième - pression - température CEA/IRSN

19 Comportement \19 Scénario État sain Chargement Thermomécanique Visco-plasticité, Endommagement Simulation Connaître le comportement mécanique jusqu`a rupture. Rupture

20 Comportement à rupture \20 Exemple Déformations homogènes localisation Contrainte (MPa) Rupture Déformation zoom

21 Comportement pré/post C (L. Lincker & N. Tardif) \21 Objectifs : Obtenir une courbe de traction : contrainte vraie, déformation vraie Jusqu`à rupture A haute température : 1000 C A forte vitesse de déformation : > 1s -1

22 Comportement pré/post C Moyens Chauffage par induction T = 1000 C Machine hydraulique V = 100 mm.s-1 \22

23 Comportement pré/post C \23 Essai rapide (tps = 100 ms)

24 Comportement pré/post C \24 Essai rapide (tps = 100 ms)

25 Comportement pré/post C \25 Section réelle : d (mm) t (s) Film Filtrage du contour Redressement de lʼ image Interpolation des contours par un ou plusieurs polynôme dʼ ordre 4, par la méthode des moindres carrés Connaissance de la géométrie

26 Comportement pré/post C \26 Résultats : d (mm) u (mm) t (s)

27 Comportement pré/post C \27 Déformations longitudinales (hyp : matériau incompressible) ε Hencky 400 % t(s)

28 Comportement pré/post C \28 Vitesse de déformation ε Hencky ε Hencky (s -1 ) Maxi t (s) Mini

29 Comportement pré/post C \29 Courbe de traction σ (MPa) ε Hencky (s -1 ) Rmq : à 10-3 s -1, σ max = 100MPa ε Hencky

30 Sommaire Contexte Essais Standards \30 Essais à ruptures Essais rapides pour les transformations Diffusion des données Michel CORET 19 Juin 2014

31 MOTIVATIONS Les conditions thermomécaniques en zone de coupe (pour les aciers) Thèse Mondelin LaMCoS/LTDS [Trent, 1991] ; [Buryta, et al, 1994] ; [Poulachon, 1999] ; [Courbon, 2011] \31 une déformation ε d environ 100% en ZCP et jusqu à 600% en ZCS et ZCT une vitesse de déformation 10 4 s -1 des pressions P = [1-4] GPa une température T = [ ] C des cinétiques thermiques = 10 6 C.s -1 Vc

32 TRANSFORMATION SANS CONTRAINTES Essais de dilatation libre \32 Matériau : 15-5PH

33 AUSTÉNITISATION : ESSAIS Essais de dilatation libre à vitesse de chauffe rapide Gleeble MATEIS/LaMCoS \33

34 AUSTÉNITISATION : ESSAIS Essais de dilatation libre à vitesse de chauffe rapide Gleeble MATEIS/LaMCoS \34

35 AUSTÉNITISATION : RÉSULTATS Essais de dilatation libre à vitesse de chauffe rapide \35

36 AUSTÉNITISATION : RÉSULTATS Essais de dilatation libre à vitesse de chauffe rapide \36

37 AUSTÉNITISATION : IDENTIFICATION \37 Identification et inplantation du modèle métallurgique d austénitisation dans Sysweld

38 AUSTÉNITISATION : IDENTIFICATION \38 Identification et inplantation du modèle métallurgique d austénitisation dans Sysweld Z γ = Z (T, T ) Z eq γ τ (T, T ) Z γ Zeq Z γ τ : taux de formation d austénite : proportion volumique de l austénite à l équilibre : proportion d austénite : constante de temps (un «retard»).

39 RECRISTALLISATION DYNAMIQUE ESSAIS : \39 Essais de compression dynamique Avant Après

40 RECRISTALLISATION DYNAMIQUE : ESSAIS Essais de compression dynamique \40 ε Essais de compression Usinage (zone de coupe)

41 RECRISTALLISATION DYNAMIQUE ESSAIS Essais de compression dynamique : \41

42 RECRISTALLISATION DYNAMIQUE Essais de compression dynamique εp = 150% (600 C dε/dt = 80/s) \42

43 RECRISTALLISATION DYNAMIQUE : MODÈLE Essais de compression dynamique : calibration d un modèle de DRX \ C dε/dt=1 s -1 [Ryan, et al., 1986] ; [Jonas, et al., 2009]

44 Sommaire Contexte Essais Standards \44 Essais à ruptures Essais rapides pour les transformations Diffusion des données Michel CORET 19 Juin 2014

45 DIFFUSIONS ET PARTAGE DES DONNÉES \45 Que fait-on de tous ces jolis résultats expérimentaux? 1ère possibilité : cacher Je laisse tout dans mon placard (enfin sur mon disque dur...) 2ème possibilité : partager un peu Il est possible de déposer certaines données numériques dans les journaux avec les articles mais la quantité est limité. 3ème possibilité : partager beaucoup Déposer les données brutes et la description des essais sur un site dédié en open acces (Cf Article du monde, Partageons nos données par Marco Zito, le 28 Mai 2014) Objectif : expériences utilisables et simulables numériquement par d autres équipes.

46 DIFFUSIONS ET PARTAGE DES DONNÉES \46 En construction à l ECN : Partage de données d essais, brutes

47 Michel CORET Essais pour la détermination de lois de comportement à chaud d alliages métalliques Séminaire SF2M, Lyon 19 Juin 2014