Reproduction de : Thèse de doctorat : Science et génie des matériaux : Toulouse, INPT : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 76 réf.

Thèse de doctorat : Matériaux-corrosion : Ecole centrale de Paris : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 125 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Science des Matériaux : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3703. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 186-193.

Dès l'étape de conception, l'augmentation de la durée de vie d'un ouvrage tout en diminuant le coût et les délais associés à sa maintenance est une idée prioritaire.Dans le cas d'un ouvrage en béton précontraint, la durée de vie est conditionnée par la résistance dans le temps des deux matériaux utilisés,le béton et l'acier. Cependant, le retour d'expérience montre que la principale cause de dégradation des ouvrages est liée à la corrosion des armatures en acier. Celle-ci se manifeste par deux grands phénomènes,la corrosion sous contrainte induite par les chlorures (CSC) et la fragilisation par hydrogène(FpH.). Pour y faire face, l'utilisation de matériaux plus résistants à la corrosion, comme les aciers inoxydables est envisagée. L'objectif de ce travail est de caractériser et de comparer la résistance à la CSC et à la FpH. de deux nuances d'aciers inoxydables à hautes caractéristiques mécaniques. La nuance duplex 1.4362 et la nuance austénitique 1.4310 ont été choisies pour leur faible taux en éléments d'alliage, qui leur confère un coût relativement bas, en comparaison aux autres nuances d'aciers inoxydables. Pour l'étude de ces nuances, la mise au point de tests adaptés,constitue la première phase de ce travail. Pour étudier le comportement des deux nuances vis-à-vis de la corrosion sous contrainte, le choix s'est porté sur un essai à vitesse de déformation constante (traction lente). La sévérité de ce type d'essai nous a permis d'observer l'apparition d'une microfissuration pour des temps d'essais inférieurs à 1 semaine. Bien que la morphologie de la microfissuration observée soit différente pour les deux nuances, celle-ci semble induite, au moins en partie, par la martensite d'écrouissage. Cette dernière semble aussi influencer la résistance des deux nuances à la fragilisation par hydrogène. D'autre part, la comparaison des deux nuances semble indiquer que la microstructure de type duplex confère à la nuance 1.4362 une très bonne résistance à la corrosion sous contrainte et à la fragilisation par hydrogène. Ce qui la rend intéressante pour une application en précontrainte.

Mémoire (M.A.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1997. / En tête du titre: Communication présentée comme exigence partielle de la maîtrise en arts plastiques de l'Université du Québec à Montréal offerte à l'Université du Québec à Chicoutimi en vertu d'un protocole d'entente. CaQCU Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

thèse (D.Eng.)--Université du Québec à Chicoutimi, 2000. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Th.--Sci. phys.--Toulouse--I.N.P., 1981. N°: 53.

L’objectif de la thèse est la prédiction de la propagation et de l’arrêt de fissure de clivage dans un acier de cuve de type 16MND5 par un critère local en contrainte critique, calculé en pointe de fissure. Les travaux précédents ont montré que le mécanisme de rupture était du clivage,associé à des zones de cisaillement ductile entre les différents plans de fissuration. Ceci explique la dépendance de la contrainte critique de rupture à la vitesse de déformation en pointe de fissure du fait du comportement visqueux des aciers ferritiques aux vitesses de propagation considérées. Cette thèse consiste à optimiser la méthode numérique mise en oeuvre pour simuler la propagation dynamique de fissure, identifier et valider un critère local de propagation et d’arrêt sur des chargements thermomécaniques complexes, rendre compte des trajets de fissuration variés, et approfondir les connaissances sur les micro-mécanismes physiques de la rupture pour renforcer le contenu physique du critère utilisé.L’identification du critère de propagation et d’arrêt a été faite par la simulation numérique des essais de rupture fragile réalisés sur des éprouvettes CT25 à quatre températures (-150°C, -125°C, -100°C et -75°C). La méthode des éléments finis étendus (X-FEM) a été utilisée dans le code de calcul CAST3M pour ces modélisations. Les résultats des analyses en 2D et 3D ont montré que la contrainte critique de rupture augmentait avec la vitesse de déformation plastique et ils ont donc permis d’établir un critère de propagation et d’arrêt basé sur cette contrainte.Une formulation analytique du critère a été développée pour justifier le critère identifié. La contrainte critique du critère a été considérée comme la somme de la contrainte critique de clivage et de la contrainte générée par la déformation des ligaments (ponts de matières résistants sollicités en cisaillement) en arrière du front de la fissure. Afin de quantifier ce phénomène, des mesures de caractérisations des ligaments ont été effectuées sur les faciès de rupture et sur les coupes transversales des éprouvettes. Le profil de contrainte sur les lèvres de la fissure, généré par les ligaments tendant à résister à l’ouverture de la fissure, a été calculé à l’aide de modélisations éléments finis de multifissures représentatives de la géométrie réelle de la fissure observée sur une coupe transversale. Ceci a permis d’obtenir la contribution de l’effort des ligaments à la contrainte critique en pointe de fissure, et de développer ensuite une formulation analytique pour la contrainte critique. La courbe de la formulation analytique présente un très bon accord avec le critère empirique identifié.Afin de tester la pertinence de ce critère, la prédiction de la propagation et de l’arrêt de fissure a d’abord été menée sur des essais isothermes, à la fois sur des éprouvettes CT25 (la fissure étant sollicitée en mode I) et ensuite sur des anneaux fissurés sollicités en mode mixte. Les résultats numériques des prédictions ont présenté une bonne cohérence avec les expériences.Ceci montre la pertinence du critère sous chargement isotherme. Pour étudier la propagation et l’arrêt de fissure sous choc thermique, un essai a ensuite été réalisé sur un anneau fissuré. Le chargement pour l’essai est plus complexe avec un couplage des chargements mécaniques et thermiques. La prédiction par le critère a été effectuée en 2D et en 3D. Les résultats prédits sont de bonne qualité en termes de cinétique de propagation et de longueur de fissure à l’arrêt. Ceci complète la validation du critère sous chargement thermomécanique.En parallèle, des expériences ont été menées sur des éprouvettes CT25 rallongées (de même hauteur qu’une CT25 mais de largeur double), présentant une bifurcation de la trajectoire de la fissure. [...] / The purpose of this PhD study is to predict the propagation and arrest of cleavage cracks in a French PWR vessel steel (16MND5). This is accomplished through use of a local criterion based on the critical stress calculated ahead of crack tip. Previous work has shown that fracture mechanism was cleavage associated with the ductile shear zone between the different planes of cracking. Thus, the critical stress at crack tip depends on stain rate. This thesis consists ofnumerical optimization, identification and validation of a local criterion based on experimentswhich have complex thermomechanical loads. The criterion accounts for various crack paths,deepening the knowledge about micro mechanisms during crack propagation in order to justify the established criterion.Criterion identification was carried out by using numerical simulations of tension tests performed on CT (Compact Tension) specimens at four different temperatures (-150°C, -125°C,-100°C and -75°C). The eXtended Finite Element Method (X-FEM) was used in CAST3M FEsoftware to model dynamic crack propagation and arrest. The analysis results in 2D and 3Dshowed that the critical stress at crack tip increased with the inelastic strain rate. Therefore, acriterion based on the critical stress was established. An analytical model was developed to justify the identified criterion. The critical stress givenby the local criterion was considered as the sum of the critical cleavage stress and the stress generated by the deformation of ligaments behind the crack tip. In order to quantify this phenomenon, measurements of ligaments’ characteristics have been performed on facture surfaces and on cross-sections of the specimens. The stress profile of the crack lips generated by ligaments was calculated by modeling of multi-cracks on specimen’s cross-section. The contribution of stress generated by ligaments to the critical stress at crack tip was obtained with this method, and then the analytical model of the critical stress was developed. The results of this analytical model is in good agreement with the empirical criterion identified.In order to test the validity of the identified criterion, the prediction of the crack propagation and arrest by the criterion was first performed for isothermal tests. It was performed both onCT25 specimens (crack was solicited in mode I) and on ring specimens in mixed mode loadingwhich were carried out at three different temperatures. The numerical results of prediction were in good agreement with experiments. They showed the validity of the criterion for experiments under isothermal loading for two different specimen geometries. In order to test the validity of criterion for the situation of thermal shock, experiments were carried out on ring specimens. At first, one ring specimen was cooled down to -150°C, and then hot water (≈90°C) was injected through the inner side of the ring specimen. At the same time of thermal shock, this specimen was submitted to a mechanical compressive loading (-750kN). The prediction of crack propagation and arrest by the criterion for this situation was calculated in both 2D and 3D. The predicted results were in good agreement with experiments for both crack speed and crack length. This confirmed that the criterion is relevant to predict the crack propagation and arrest for thermal shock.In parallel, some experiments were performed on extended CT25 specimens (same height but double the width of the CT25 specimen). The crack path on this kind of specimen was curved.A statistical effect by a random selection in the propagation direction was introduced to takeinto account the instability during the crack propagation. The numerical results correctlyreproduce the curvature and the dispersion of the crack paths.

Au cours de processus thermomécaniques engendrant une transformation de phase dans les aciers, une déformation plastique importante peut se produire sous l’effet d’une contrainte appliquée, même si celle-ci est plus faible que la limite d’élasticité de la phase la plus molle. Ce phénomène s’appelle plasticité de transformation ou TRansformation Induced Plasticity (TRIP), et peut jouer un rôle important sur le contrôle des procédés de transformation industriels. Par exemple, au cours du refroidissement par trempe de produits semi-finis ou finis (plaques, tôles, roues, ...), ce phénomène peut affecter la planéité des produits plats et engendrer des contraintes résiduelles qui vont affecter la qualité finale de produits finis. Il s’avère donc important de prévoir cette plasticité de transformation induite par un chargement thermomécanique donné. Dans cette thèse, un modèle micromécanique de plasticité cristalline avec transformation de phase a été développé. Il s’appuie sur l’utilisation de la transformée de Fourier rapide (TFR) développée pour des milieux périodiques. L’expansion volumique induite par une transformation de phase de type diffusive (« Greewood-Johnson effet ») est prise en compte dans le modèle afin d’estimer la plasticité de transformation et le comportement mécanique pendant la transformation de phase. Les résultats obtenus par TFR ont confirmé l’existence d’une relation linéaire entre contrainte appliquée et déformation plastique induite par la transformation, lorsque la contrainte appliquée faible (c’est-à-dire inférieure à la moitié de la limite d’élasticité de la phase la plus molle). Lorsque la contrainte appliquée est plus élevée, le modèle prévoit que cette relation linéaire n’est plus valable, même si la déformation plastique de transformation augmente toujours avec la contrainte ; ceci est bon accord avec des observations expérimentales. L’interaction entre paramètres microstructuraux (tels que texture, morphologie et taille de grains, ...) et mécaniques (contrainte de rappel, sensibilité à la vitesse de déformation, ...) a été analysée. Il a été montré que tous ces paramètres doivent être pris en compte dans l’estimation de la plasticité de transformation. L’effet de l’écrouissage cinématique de la phase mère sur l’anisotropie de déformation induite a égalament été discuté. Par ailleurs, les résultats numériques obtenus par TFR ont été comparés à des résultats issus de modèles analytiques existants et à des mesures expérimentales. Compte tenu du bon accord entre résultats numériques et expérimentaux, les résultats obtenus par TFR ont servi référence pour améliorer les modèles analytiques existants ; ces nouveaux modèles simplifiés s’avèrent plus précis que ceux proposés auparavant. / During phase transformation in steels, when stress is applied, significant large strain can be observed even though the applied stress is much smaller than the yield stress of the softest phase. The phenomenon is called Transformation Plasticity or TRansformation Induced Plasticity (TRIP). Transformation plasticity is known to play an important role during steel producing processes. For example, during quenching process of plates, sheets, wheels and gear products, the phenomenon affects their shape and residual stresses which determines the quality of products. In this PhD thesis, a micromechanical model of crystal plasticity with phase transformation is developed. It takes advantage of the fast Fourier transform (FFT) numerical scheme for periodic media. Volume expansion along with phase transformation (Greenwood-Johnson effect) is taken into account in the model in order to evaluate the transformation plasticity and mechanical behaviour during phase transformation. The FFT results confirm linear relation between applied stress and transformation plastic strain, if the applied stress does not exceed a half the value of yield stress of the parent phase. For relatively large applied stresses, transformation plastic strain increases nonlinearly with respect to the applied stress. These results agree well with experimental ones. The metallurgical and mechanical interactions during phase transformation are also analysed, such as texture, grain morphology, grain size, back stress effect and viscoplastic deformation effect. It is shown that they cannot be neglected for estimating transformation plasticity. Among others, the role of kinematic hardening of the parent phase on the resulting strain anisotropy is discussed. Finally, the FFT numerical results have been compared with existing analytical models as well as experimental results. Moreover, these FFT computations have been used as references to develop new approximate analytical models. They are shown to improve on previous proposals. These new models were confirmed that they estimate well the transformation plasticity than other analytical models which have been treated in this PhD thesis.

La qualité des aciers est un axe important pour ArcelorMittal. La présence d'inclusions, sous forme de précipités de compositions diverses, peut produire des défauts dans les brames (exfoliations) qui pourront se répercuter lors des opérations de laminage, en donnant un mauvais état de surface à la tôle d'acier. Afin de proposer des actionneurs permettant une élimination efficace de ces inclusions, nous devons avant tout connaître les phénomènes qui régissent leur naissance et leur vie. L'objectif de cette thèse est donc de comprendre et de pouvoir prédire les étapes de germination/croissance des inclusions solides présentes dans l'acier liquide. Dans cette optique, un outil numérique a été mis en place. Il prend en compte non seulement la mécanique des fluides à travers l'utilisation de Fluent® mais aussi la thermodynamique avec un outil fait maison et le suivi en taille des populations d'inclusions avec une nouvelle méthode basée sur les travaux de Marchisio et al. (2004). Le module Multi-QMOM est un outil élégant, construit avec un nombre fini de méthode QMOM (Quadrature Method Of Moments), utilisé pour suivre l'évolution en taille d'une population multiple. Il représente l'innovation majeure de cette thèse. L'outil numérique dont les résultats ont été confrontés à des cas analytiques et industriels permet de modéliser les phénomènes de précipitation, de croissance, d'agrégation et d'extraction de diverses inclusions solides et il permet l'étude de différents paramètres et leurs impacts sur la population inclusionnaire / The steel quality is an important focus for ArcelorMittal. The presence of inclusions in the form of precipitates of different composition can produce defects in the slab (exfoliation) which can affect rolling operations and giving a poor surface sheet of steel. To provide actuators for efficient removal of these inclusions, we must first know the phenomena that govern their birth and their lives. The objective of this thesis is to understand and to predict the stages of germination / growth of solid inclusions present in liquid steel. In this context, a numerical tool has been implemented. It takes into account not only the mechanics of fluid through the use of Fluent® but also thermodynamics with a homemade tool called MIPPHASOLACIDO and an inclusions population size tracking with a new method based on the work of Marchisio et al. (2004). Multi-QMOM is an elegant tool built with a finite number of QMOM (Quadrature Method Of Moments) used to monitor changes of population size. It represents the major innovation of this thesis. The numerical tool whose results were compared to analytical and industrial cases can model the phenomena of precipitation, growth, aggregation and extraction of various solid inclusions. It allows the study of different parameters and their impacts on inclusions population