INFLUENCE de la TEMPERATURE. Transition ductile/fragile Choc Thermique Fluage

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Pascale Dubois
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1 INFLUENCE de la TEMPERATURE Transition ductile/fragile Choc Thermique Fluage

2 Transition ductile/fragile Henry Bessemer (UK)! 1856 : production d'acier à grande échelle

3 Pont des Trois-Rivières 31 janvier 1951, -30 C

4 Transition ductile/fragile cracked Liberty Ship (World War II) T= -6 C 250 navires perdus

6 Influence de la Température sur la ductilité! t : température de transition ductile/fragile (TTDF)!

7 Mouton de Charpy : essai de résilience h 0 Masse du marteau : m Énergie consommée pour la rupture h

8 Eprouvette normalisée Longueur entre appuis = 50 mm section carrée : 10 mm x 10mm entaille mécanique : angle 45 entaille en V à 45 profondeur 2 mm rayon de courbure r = 25 um Les résultats sont donnés en J pour une éprouvette normalisée

45 entaille en V à 45 profondeur 2 mm rayon de courbure r

9 Détermination de la température de transition

10 Essai de résilience

11 Température de TTDF Température correspondant à un niveau d'énergie assez faible (en général 28 J sur éprouvette normalisée)! Température qui correspond à l'énergie moyenne :! (Wd + Wf)! Température pour laquelle la ductilité est de 50% : observation du faciès de rupture

Température qui correspond à l'énergie moyenne :! (Wd + Wf)!

12 % de ductilité 0% ductile 100% ductile

13 Variation de la ténacité

14 Choc Thermique

15 Variation de température : "T T1 "T T2 L'extérieur de la pièce se déforme sous l'action de la dilatation L'intérieur de la pièce subit une contrainte liée à la déformation extérieure

16 déformation thermique : # x = # y =# z = $."T Elasticité Linéaire : loi de Hook généralisée % x = % y = % z

17 Pour une plaque ( à 2D) il n'y a pas de contrainte selon z % x = % y % z = 0 Pour un barreau ( à 1D) il n'y a pas de contrainte selon z et y % x % z = % y = 0

18 D'une manière générale on peut écrire % thermique = E.$."T/ f(&)! Avec E : module d'young $ : coefficient de dilatation thermique f(&) : fonction dépendant du type de sollicitation

19 Variation de température critique Critère d'amorçage d'une fissure % thermique = % rupture Si variation cyclique : fatigue thermomécanique (Tambour de freins, cylindre d'un laminoir

20 Conductibilité thermique du matériau atténue le choc themrique Modification de l'équation % thermique = E.$."T/ f(&)! % thermique = ' E.$."T/ f(&)! ' nombre sans dimension Rend compte des conditions réelles de choc thermique 0 < ' < 1

épaisseur d un plaque = rayon d une sphère h : coefficient de transport de

21 Nombre de Biot compare les résistances au transfert thermique à l'intérieur et à la surface d'un corps. ( ) d : dimension caractéristique de la pièce =! épaisseur d un plaque = rayon d une sphère h : coefficient de transport de chaleur k : conductivité thermique ' : f(b i ) : Coefficient de réduction de contrainte

22 '" 1 : choc thermique sévère ' -1 = a 1 + a 2.Bi -1

23 Le fluage Influence de la contrainte et de la température sur la vitesse de déformation % = f(#,t,t)

24 Visco-élasticité/ visco-plasticité modèles rhéologiques élasticité plasticité Il faut rajouter un amortisseur à la déformation élastique ou plastique

25 Visco-élasticité # total = # élastique instantanée + # viscoélasique

26 Visco-plasticité # total = # élastique instantanée + # viscoélasique + # viscoplastique

27 FLUAGE Déformation de fluage = déformation viscoplastique Mécanisme de déformation activés thermiquement Vitesse de déformation dépende de % et T

28 Essai de fluage Enceinte de fluage

29 Résultat d un essai de fluage Pour % et T constantes On s intéresse au fluage secondaire

30 Q énergie d activation C constante (dépend de %) Fluage secondaire suit une loi d Arrhénius Mécanisme de diffusion (Q dépend du coefficient d autodiffusion)

31 Fluage en loi de puissance 3 < n < 8 B : constante dépend de T n : dépend du mécanisme

32 Loi de Norton pour le fluage secondaire

33 Fluage tertiaire Accélération de la vitesse de déformation, conduit à la rupture par accumulation de dislocations

34 Estimation de la durée de vie Paramètre temps température Paramètre Sherby-Dorn (S-D) Hypothèse : déformation suit une loi d Arrhénius pour laquelle Q(T) = constante On néglige le fluage primaire Paramètre temps température Paramètre Sherby-Dorn

35 P SD dépend de la contrainte appliquée

36 Pour chaque contrainte # paramètre P SD Calcul de la durée de vie quelque soit la température

37 Mécanismes du fluage Le fluage induit des déformation irréversible pour : % < %e Activation de nouveau mécanismes de déformation plastique Fluage par les dislocations Fluage diffusion

38 Fluage par les dislocations Dislocations changent de plan de glissement Si peu de précipités, continue de glisser dans un plan parallèle

39 Fluage diffusion Déformation des grains dans la direction de traction Diffusion facilitée par la présence de joints de grains

40 Carte de fluage

41 Matériaux résistants au fluage Température de fusion élevée Présence de nombreux précipités Force de friction du réseau importante Peu de joints de grains (monocristaux) Précipitation intergranulaire

42 Conséquence de la loi de puissance À T =cste : Essai à déformation imposée (ex : boulon dans une structure) # totale = Constante # totale (t=0) = # élastique = % 0 /E # totale (t) = # élastique + # fluage

43 Contrainte dans le boulon diminue

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