Mécanismes de fissuration en relaxation des aciers inoxydables austénitique

Mécanismes de fissuration en relaxation des aciers inoxydables austénitique

Comme on l’a vu dans la partie Bibliographie, le mécanisme global de la fissuration en relaxation a déjà été clairement défini dans les années soixante. Ce type de fissuration intergranulaire risque de se développer sous l’effet des contraintes résiduelles dans les zones affectées par le soudage des aciers inoxydables austénitiques lorsqu’elles sont réchauffées au-dessus de 450°C. Comme la relaxation des contraintes ne nécessite qu’une faible déformation plastique, la fissuration en relaxation ne peut intervenir que si les zones affectées sont « fragiles ». La question de l’origine de cette fragilité est au cœur de la discussion sur les mécanismes de fissuration en relaxation qui fait l’objet du présent paragraphe.

Mécanisme de fissuration en relaxation des aciers non stabilisés

Quatre thèmes de réflexion ressortent de l’étude bibliographique sur les mécanismes de fissuration en relaxation des aciers inoxydables austénitiques non stabilisés : la précipitation induite par écrouissage, la fragilisation par écrouissage, le retard à la restauration de l’écrouissage et la ségrégation intergranulaire d’impuretés. Il s’agit maintenant d’examiner ces quatres phénomènes à la lumière des résultats que nous avons obtenus au cours de la thèse. a) Précipitation induite par écrouissage Younger et Backer (1960) ont évoqué l’hypothèse selon laquelle la précipitation de carbures intragranulaires induite par écrouissage causerait un durcissement intragranulaire important qui favoriserait l’endommagement intergranulaire.

Trois éléments nous paraissent infirmer cette hypothèse : x La précipitation induite de carbures de type M23C6 sur les dislocations a été confirmée par les observations réalisées sur l’acier 316H vieilli en service mais, conformément aux résultats de la littérature, cette précipitation ne produit pas pour autant un durcissement prononcé. La chute de dureté après hypertrempe à 1170°C de l’acier 316H vieilli n’est en effet que de 20 HV30. x En termes de résistance à la déformation de fluage à 600°C, la précipitation induite de carbures dans l’acier 316H n’apparaît pas plus efficace que l’effet de l’azote en solution dans l’acier 316L(N) x Les essais de relaxation sur éprouvettes CT réalisés à 600°C sur les trois aciers 316 à l’état écroui ont tous conduit à la propagation de fissure alors que seul l’acier 316H est le siège de la précipitation induite

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Fragilisation par écrouissage

Les résultats obtenus par Chabaud-Reytier et al. (2003), évoqués au paragraphe I.2.2.2, suggéraient que l’écrouissage des aciers inoxydables austénitiques jouait un rôle essentiel dans le mécanisme de fissuration en relaxation. Les résultats suivants, obtenus au cours de la thèse, nous semblent confirmer cette hypothèse : x Les procédés de soudage multi-passes engendrent un effet de cumul de l’écrouissage tel que la dureté des zones affectées peut atteindre 230 HV sous le seul effet de l’augmentation de la densité de dislocations x

Comme l’indiquaient les résultats tirés de la littérature concernant l’effet de l’écrouissage à température ambiante sur le fluage des aciers inoxydables austénitiques, l’écrouissage entre 400°C et 600°C augmente la résistance à la déformation mais diminue la ductilité de ces aciers dans le domaine de rupture 193 Mécanismes de fissuration en relaxation des aciers inoxydables austénitiques IV Discussion intergranulaire. Des allongements à rupture inférieurs à 1% ont ainsi pu être mesurés lors d’essais de fluage à 600°C sur éprouvettes lisses en acier 316H à l’état écroui x

La propagation de fissure en relaxation sur éprouvettes CT pré-fissurées obtenue lors d’essais sur les aciers 316 étudiés à l’état hypertrempé est très faible alors qu’elle est très importante à l’état écroui x A vitesse de déformation donnée, le développement de l’endommagement intergranulaire observé sur des coupes polies d’éprouvettes lisses en acier 316L(N) testées en fluage est favorisé par l’écrouissage préalable L’écrouissage des zones affectées par le soudage « fragilise » donc celles-ci en favorisant le développement de l’endommagement intergranulaire, ce qui expliquerait le développement de la fissuration en relaxation.

Le mécanisme de fragilisation par écrouissage que nous proposons (cf. § IV.1.2.2) est le suivant : création lors de l’écrouissage de contraintes résiduelles locales liées aux incompatibilités de déformation entre grains qui favorisent la germination des cavités intergranulaires ce qui accélère par conséquent la croissance des micro-fissures intergranulaires.

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