Utilisés pour leur bon compromis entre propriétés mécaniques, thermiques et électriques, les alliages Cu-Ni-Si à durcissement structural par précipitation sont notamment employés pour la maintenance ferroviaire. Ils sont donc soumis aux passages des trains et aux effets d’environnement. C’est pourquoi la résistance d’un alliage CuNi2Si a été étudiée en fatigue oligocyclique, en corrosion aqueuse et en fatigue-corrosion. Le but est de relier les propriétés macroscopiques aux mécanismes microstructuraux. Les essais de fatigue ont montré un durcissement initial de l’alliage, suivi d’un adoucissement continu jusqu’à la rupture. À l’aide des microscopies électroniques en transmission (MET) et à balayage (MEB), notamment en ECCI (Electron Channeling Contrast Imaging) et en EBSD (Electron BackScattered Diffraction), une formation initiale de cellules de dislocations a été identifiée, ces dernières disparaissant au profil de la formation de bandes dénuées de précipités suite à la dissolution mécanique des précipités δ-Ni2Si. Ceci constitue le mécanisme d’accommodation de la déformation cyclique. L’avancée de la formation de ces bandes explique les différents régimes observés sur le diagramme de Manson-Coffin. L’alliage présente en milieu NaCl à 50 g.L1 un mécanisme de corrosion intergranulaire. La spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) semble indiquer la présente d’un film passif compact en surface de l’alliage. Enfin, une sensibilité à la fatigue-corrosion apparaît, notamment aux plus hauts niveaux de déformation où la durée de vie est réduite d’un tiers. De plus, un faciès de rupture semblable à ceux observés en corrosion sous contrainte est constaté. / Employed for their good balance between mechanical, thermal and electrical properties, precipitation hardened Cu-Ni-Si alloys are used for various purposes, including railway maintenance. In the latter case, they are submitted to train traffic and environmental effects. This is why the low cycle fatigue (LCF), the wet corrosion and the fatigue-corrosion behaviours of a CuNi2Si alloy have been studied. The aim of the present work is to relate the macroscopic properties to the microstructural behaviour. The fatigue life of the alloy is composed of an initial hardening step, followed by a continuous softening until fracture. Thanks to the combination of transmission and scanning electron microscopies (respectively TEM and SEM), including ECCI (Electron Channeling Contrast Imaging) in addition to EBSD (Electron BackScattered Diffraction), the formation of dislocation cells has been identified, which ones are then consumed by the formation of precipitate free bands after the mechanical dissolution of the δ-Ni2Si precipitates. This sequence describes the cyclic strain accommodation mechanism. The progress in the formation of these bands explains the different regimes observed into the Manson-Coffin diagram. The alloy exhibits intergranular corrosion in 50 g.L-1 NaCl solution. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) indicates the formation of a compact passive film at the surface of the alloy. Finally, the alloy seems to be sensible to fatigue-corrosion, especially at high strain range where the number of cycle to failure is reduced by a third. Moreover, a fracture surface similar to a stress corrosion cracking surface is also observed.

Les raccords et connexions de caténaires ont un rôle important dans l’intégrité électrique et mécanique des caténaires. Ces pièces sont pour la plupart constituées d’un alliage de cuivre Cu-Ni-Si mis en forme par forgeage à chaud. Dans un contexte de fiabilisation du réseau ferroviaire, l’amélioration de leurs performances et de leurs procédés de fabrication est recherchée. Ces travaux se concentrent sur l’étape de mise en forme de ces pièces, et ont pour objectif de mieux comprendre les couplages matériaux-procédés des alliages Cu-Ni-Si.Une campagne expérimentale de compression est menée. Elle permet de développer un modèle rhéologique à base physique décrivant le comportement d’un alliage Cu-Ni-Si dans les gammes de température 800 - 950 °C et de vitesse de déformation 0.1 - 10 s−1. Il tient compte des phénomènes d’adoucissement par restauration et recristallisation dynamiques. Le modèle ainsi créé est ensuite implémenté dans un logiciel éléments finis.Un nouvel essai de formabilité est proposé. Il permet de reproduire les sollicitations mécaniques rencontrées lors d’un procédé de forgeage et vise à déterminer les conditions limites de formabilité d’un matériau. La mise en forme d’une pièce de référence est étudiée par le biais de cet essai. Sa caractérisation précise en matière de champ de déformations et de contraintes permet d’identifier les paramètres expérimentaux. Les résultats identifient une température limite de forgeage en-deçà de laquelle des fissures sont prédites dans la pièce. / Contact wire splices play a leading role in the electric and mechanical integrity of the catenary systems. Most of these parts are made of Cu-Ni-Si alloys and manufactured by a hot forging process. With the aim of increasing the reliability of the railway network, the improvement of their performances and their manufacturing processes is sought. This work is focused on the forming stage of these parts and aims to give a better understanding of the materials-processes couplings for the Cu-Ni-Si alloys.An experimental campaign including compression tests is conducted. It allows the development of a physically-based model to describe the rheological behavior of a Cu-Ni-Si alloy deformed in the temperature range between 800 °C and 950 °C, at strain rates in the range of 0.1 - 10 s−1. It takes into account the work-softening implied by dynamic recovery and dynamic recrystallization. The model thus created is then implemented in a finite element software.A new workability test is proposed. Its purpose is to reproduce the mechanical conditions encountered in a forming process and to determine the critical conditions of workability related to a material. The forging process of a reference part is studied by means of this test. An accurate characterization of the process in terms of strain magnitude and stress field allows the identification of the experimental parameters. The results lead to the identification of a limit temperature of workability below which fractures are predicted in the part.

Les alliages de cuivre au béryllium, caractérisés par un durcissement structural, sont de par leurs propriétés mécaniques proches de certains aciers (Rm#1230MPa, Re0.2#1060MPa, A%#6.5 à l'état trempé écroui revenu). D'autre part, ils présentent de hautes conductivités thermiques et électriques (22%I.A.C.S), une bonne résistance à l'usure et à la corrosion, et ils sont amagnétiques. La conjugaison de ces différentes propriétés permet aux alliages de Cu-Be d'accéder à une large une gamme d'applications (disques de frein pour les avions, électrodes de soudage, ressort Bourdon de la source pour manomètre, cordes de guitare etc.).Cependant, en plus du coût élevé du béryllium, le principal inconvénient de ces alliages est la présence d'oxyde de béryllium qui est nocif lorsqu'il est inhalé sous forme de poudre ou de vapeur. Malgré toutes les précautions qui peuvent être prises pendant l'élaboration de ces matériaux, le risque demeure. En conséquence, pour préserver des conditions environnementales saines, une politique de recherche d'alliages de substitution possédant des propriétés physiques et mécaniques aussi remarquable que les alliages de Cu-Be a été menée. Au terme d'une étude bibliographique deux principales familles d'alliages riches en cuivre se sont distinguées pour leurs propriétés mécaniques comparables à celles développées par les alliages Cu-Be riches en cuivre : les systèmes Cu-Ni-X (X=Sn, Si) et Cu-Ti-X(X=Al,Sn) dans le coin riche en cuivre. Néanmoins, ces alliages ne sont pas exempts de problème. Par exemple, l'étain a tendance à ségréger lors de la solidification des alliages du système Cu-Ni-Sn élaboré en coulée continue, sans compter que ces mêmes alliages présentent un faible allongement à rupture après revenu. Un autre exemple est la faible conductivité électrique des alliages Cu-Ti (<8%I.A.C.S) en comparaison avec le CuBe2. Donc, pour améliorer ces performances, une optimisation des compositions chimiques et des traitements thermiques s'est avérée nécessaire. A cette fin quatre premiers alliages ont été retenus : le CuNi15Sn8, le CuNi6Si1.8Cr, le CuTi3Al2 et le CuTi3Sn2.75. Les travaux de recherche ont débutés par une analyse microstructurale de la ségrégation et des états filés trempés de ces matériaux dans le but d'appréhender les difficultés pouvant être rencontrées lors de leur élaboration. La deuxième partie s'est axée sur les phénomènes de précipitation lors des revenus durcissants où la relation propriétés mécaniques/électriques et microstructure a été établie dans la mesure des connaissances actuelles. Le projet a ensuite été réorienté par les résultats obtenus sur chacun des alliages de référence. Ainsi, l'influence des éléments mineurs a complété l'étude du CuNi15Sn8 tandis l'affinement de la composition en éléments majeurs des alliages CuNi6Si1.8Cr, CuTi3Al2 et CuTi3Sn2.75 a été privilégié. Des alliages sont ainsi proposés pour une validation semi-industrielle avec un programme de caractérisation plus complet.