Etude microstructurale durant la mise en forme par filage à chaud d une nuance d acier ODS

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1 Projet GEDEPEON CEA Saclay / LEM3 Metz 2011 Etude microstructurale durant la mise en forme par filage à chaud d une nuance d acier ODS Denis SORNIN 1, Thierry GROSDIDIER 2, Nathalie GEY 2, Bernard BOLLE 2, Nathalie ALLAIN 2, Daniel NUNES 1, Patrick OLIER 1, 1 Commissariat àl Energie Atomique. DMN/SRMA/LTMEx GIF SUR YVETTE. France 2 UMR CNRS 7239 LEM3, Université Paul Verlaine METZ France Tel Fax denis.sornin@cea.fr 1

2 Thème GEDEPEON Les combustibles et les matériaux de structure (Cœurs et combustibles dédiés à la transmutation, combustible des RCG, traitement du sel combustible des réacteurs sels fondus, matériaux calorifuges, alliages, métaux réfractaires métalliques, matériaux associés aux réacteurs 4 ème génération). DEN/DANS/DMN/SRMA/ Laboratoire de Technologie des Matériaux Extrêmes: Elaboration de tubes de gainage combustible pilotes en acier inoxydables renforcés par dispersion d oxydes Etudes pour le SFR Gen IV: 2

3 Processus d élaboration des tubes de gainage Poudre d aciers inox atomisés au Gaz Yitrine Milieu pulvérulent Tubes consolidées Attrition Mise en Gaine Chauffage Filage à chaud 3

4 Matériau modèle Filage de barres Filage de tubes sur aiguille Grain de poussée Bouchon( acier doux) Poudre (ODS) Gainage (C22) Filage de barres billettes Ø 75 mm Filière Ø 21 mm Aiguille Filière 4

5 Objectif de l étude Objectifs de l étude: Caractériser la microstructure le long de l écoulement. Dans le cas du filage la cote Z est représentative de l histoire thermomécanique subie par la matière. Il sera donc possible par la simulation de coupler microstructure et chargements mécaniques. Moyens expérimentaux: Caractérisations par MEB EBSD Caractérisations par DRX Mesures de dureté HV Régime transitoire aval Ligne de courant centrale LC Axe z Régime transitoire amont Régime établie Ligne de courant médiane LM Culot de filage interrompu. Coupe diamétrale par électroérosion 5

6 Caractérisations microstructurales Points étudiés: ε έ SU S-1 LC LC LC LC LM LM4 LC4 LC3 LM3 LC2 LM2 LM1 LM LM LC1 LM

7 Caractérisation par DRX 7

8 Caractérisations microstructurales Etat zéro A Etude EBSD Sens Long B B A 8

9 Caractérisations microstructurales Avant le pic de vitesse Etude EBSD Sens Long Simulation numérique εp=0.5 L/L0 = 1.65 Affinement de la taille des amas de gros grains Gros grains avec un facteur de forme de 3? Petits grains equiaxes 9

10 Caractérisations microstructurales Avant le pic de vitesse Etude EBSD Sens Long 50 µm Orientation texturale de la phase à gros grains Gros grains avec un facteur de forme de 4 Petits grains equiaxes sans texture D. Sornin. Réunion GEDEPEON Simulation numérique εp=1.3 L/L0 = 3.7 le 16 Janvier 2012 Paris 10

11 Caractérisations microstructurales Etat filé Etude EBSD Sens Long εp=2.2 L/L0 = 9 A B B εp=2.5 L/L0 = 12.2 A D. Sornin. Réunion GEDEPEON le 16 Janvier 2012 Paris 11

12 Caractérisations microstructurales Etat filé Gros grains fortement texturés (Zone 1) Petits grains equiaxes peu texturés (Zone 2) (Zone 1) (Zone 2) D. Sornin. Réunion GEDEPEON le 16 Janvier 2012 Paris 12

13 Distribution des tailles de grains selon la population Etat filé Fréquence relative 30 Fréquence (%) Fréquence (%) Fréquence relative ,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Classes (µm) 0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Classes (µm) Distribution du diamètre équivalent dans les zones à petits grains Distribution du diamètre équivalent dans les zones à gros grains 13

14 Caractérisations microstructurales Etat filé Etude EBSD Sens Long LM1 p=3 L/L0 = 20 50µm Augmentation de la fraction volumique de la phase à gros grains texturée 110 Petits grains equiaxes sans texture taille micronique (contre 50/100 nm au départ) Gros grains avec un facteur de forme très important lié au niveau de déformation macroscopique D. Sornin. Réunion GEDEPEON le 16 Janvier 2012 Paris 14

15 Facteur de forme Facteurs de forme expérimentaux VS déformation logarithmique pour la population de gros grains. 15

16 Facteur de forme en fonction de l orientation LC4 DE ω DG DEM LM3 42 DE DE ω DG LC1 DE ω DG LM2 DE ω DG 80% des grains de facteur de forme>3 sont orientés à moins de 5 de la direction d écoulement de la matière. 16

17 Caractérisations mécanique Ligne de courant central Ligne de courant médiane ε ε Hv Hv 17

18 Conclusion Avant filage (état zéro) Une microstructure bimodale héritée de la poudre Microstructure initiale isotrope (à l échelle méso.) Après filage Gros grains avec des facteurs de forme importants (liés au niveau de déformation), dont la texture [110] // à la DE est très marquée Petits grains equiaxes, dont la texture reste faible même à fort niveau de déformation. Les gros grains se déforment, se restaurent dynamiquement et s orientent selon la direction [110] // à la DE. Leur facteur de forme peut être prédit simplement par la simulation numérique. Les petits grains n affichent pas de texture évidente et restent equiaxes. Leur taille est légèrement croissante au cours du filage. HYP1: Il ne se déforment pas HYP2: Ils recristallisent Perspectives Scénari réalistes d évolution microstructurales Couplage expérience/simulation (modèle micro-macro) Etudes annexes pour élucider l origine de la microstructure bimodale 18