Thermal fatigue is a serious problem in todays power plants. A large amount of damages around the world circles around that subject. The damage can come from the mechanism of two flows mixing with different temperatures in a T-junction. It is a fundamental prerequisite that these T-junctions are frequently tested for damages. An amount of criterias steers the rate of testings. This guide/document will provide the process of rating the T-junctions resistance with valid information and ease the course. If a T-junction is stated as very sensetive for thermal fatigue, it will be graded with a low damage index. This value is reliant of the temperature difference between the two flows and can be changed with different actions, for example by adding a mixer to the T-junction. The mixer will blend the two flows so the thermal fatigue reduces or doesn’t occour at all. The T-junction can be tested with several methods, ultra sonic testing or eddy-current testing. The ultra sonic testing method is the most used method and can test the inside of the T-junction pipe without access of the inside.

Ce travail de thèse vise à étudier l'emdommagement induit par la fatigue thermique d'un acier inoxydable austénitique AISI 316L(N), qui est un matériau candidat pour construire les structures internes des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na). Des réseaux de fissures, aussi appelés "faeïençage thermique", ont été observés en surface des certains composants. L'origine de ce type d'endommagement provient de sollicitations themiques hétérogènes et répétées des parois des composants dans une zone où se mélange du sodium chaud et froid.L'étude de la fatigue thermique à grand nombre de cycles pose des difficultés expérimentales, notamment le maintien tout au long des cycles d'un chargement thermique d'amplitude constante ou encore, la mesure continue de ce chargement thermique et de ses effets en termes de déformation mécanique et d'endommagement dans la zone la plus fortement sollicitée. Une campagne d'essais est réalisée avec un dispositif expérimental original, la machine FLASH. Une procédure spéciale de corrélation multivue hybride qui combine une caméra infrarouge et deux caméras visibles est développée pour réaliser des mesures de champs thermomécaniques et aussi assurer le suivi in-situ de l'endommagement causé par les chocs thermiques produits par un laser de puissance.Les mesures expérimentales sont comparées avec des résultats de simulation thermomécanique. Le bon accord entre ces deux approches permet d'estimer la variation de déformation mécanique équivalente dans la zone la plus forte sollicitée. Une courbe de fatigue reliant le chargement équivalent au nombre de cycles à l'amorçage d'une fissure de 200um est alors construite à partir des résultats d'essais. La comparaison sur cette courbe entre les résultats de fatigue thermique FLASH et des essais de fatigue isothermes uniaxiaux standardisés est jugée satisfaisante (légèrement conservative). De plus, les analyses expérimentles des réseaux de fissures fournissent des informations utiles pour comprendre le mécanisme de multi-fissuration. Les paramètres morphologiques des fissures sont comparés avec les prédictions d'un modèle probabiliste. / This PhD work is devoted to the study of thermal fatigue damage of AISI 316L(N) austenitic stainless steel, a candidate material to make the primary cooling system of Sodium-cooled Fast Reators (SFRs). Initiation and propagation of crack networks can be induced by locally constrained thermal expansions or contractions of the component surface subjected to repeated thermal shocks of turbulent coolants.A campaign of high cycle thermal fatigue tests on AISI 316L(N) austenitic stainless steel has been carried out with the FLASH facility. Full field measurements have been performed to capture thermomechanical fields of monitored surfaces in thermal fatigue tests. An original procedure based on hybrid multiview correlation (HMC) uses images acquired by two visible light cameras and one infrared camera. With such a system, Lagrangian temperature fields can be measured and experimental strain or displacement fields can be used to calibrate Finite Element analyses to reproduce the thermomechanical cyclic response of the material in the region of interest. One additional benefit of the spatiotemporal synchronization of the HMC system is that the entire fatigued region has been monitored in-situ during the whole test, without interruptions, which enables crack initiation and propagation to be tracked thanks to the different modalities of the three cameras.

<p>I både kvalitets- och kontrollarbete finns det behov att kunskapsmässigt komma så nära verkligheten som möjligt vid fastställande av defektparametrar för oförstörande provning (OFP). Orsaken är att olika acceptanskrav och bedömningsgränser är svåra att klarlägga när man inte kan förlita sig på att uppgifter är realistiska. I projektet har olika erfarenheter använts för att få en bättre helhetsbild i området för defektparametrar och oförstörande provning.</p><p>Denna rapport redovisar den inledande delen av forskning och utvecklingsprojektet PLANT 2, där olika defektparametrar kartlagts och en teoretisk bedömning utförts med avseende på hur signalsvaret påverkas för OFP-metoderna virvelström (ET) och ultraljudsprovning (UT) i form av puls-eko (PE) och ”time-of-flight-diffraction” (TOFD).</p><p>Definitionen av redovisade defektparametrar följer i stort SKI-rapport 95:70 [1]. Defektparametrar i denna rapport redovisas i bilaga 1.</p><p>Vid bedömningen av defektparametrarnas inverkan på OFP-tekniker, har drift¬inducerande defekter och tillverkningsdefekter hanterats separat. För de driftinducerande defekterna delades bedömningen upp i en generell och en specifik bedömning. De defektparametrar som bedöms specifikt och klassats att påverka signalsvaret betydligt bör vara av mest intresse i nästkommande etapp. Följande defektparametrar bedömdes påverka signalsvaret betydligt:</p><p>• Form i ytan, antal sprickor och avstånd i gatstensmönster</p><p>(vid termisk ut¬mattning)</p><p>• Form i djupled</p><p>• Sprickbredd vid sprickspets och sprickspetsradie</p><p>För tillverkningsdefekter bedömdes defektparametrarnas form i djupled och geometri påverka signalsvaret betydligt för defekttyperna slagg och bindfel.</p><p>Vid utvärdering av UT-PE och UT-TOFD teknikerna överensstämde resultatet helt med den teoretiska bedömningen. För ET-tekniken stämde endast en av tre defektparametrar överens med den teoretiska bedömningen.</p> / <p>In quality control of defect parameters for Non-Destructive Testing (NDT) it’s essential to have good knowledge about the defects. The reason is that different acceptance criteria and assessments must be based on defects that correspond to real defects. In this project different experience has been analyzed to get a better overview between defect parameters and non-destructive testing.</p><p>This report shows the beginning of the research & development project PLANT 2. There are different flaw parameters that have been mapped and a theoretical assessment has been performed with regard to how the signal response is influenced by the NDT techniques eddy current, ultrasonic pulse echo and ultrasonic time-of-flight-diffraction.</p><p>The definition of the reported flaw parameters does in general follow the one presented in SKI-report 95:70 [1]. The actual flaw parameters in this report are presented in appendix 1.</p><p>In the assessment of the influences on the NDT techniques with regard to flaw parameters, service-induced flaws and manufactured flaws have been separated in to two categories. The service-induced flaws have further on been separated in a general and a specific assessment. Those flaw parameters that have been assessed to be specific and classified to influence the signal response considerably should be the ones of most interest in future studies. The following flaw parameters were assessed to affect the signal response considerably:</p><p>• Macroscopic shape in the surface direction, number of cracks</p><p>and cobblestone stone pattern distance (for thermal fatigue)</p><p>• Macroscopic shape in the through thickness direction</p><p>• Crack width at the crack tip and the crack tip radius</p><p>For flaws caused by the manufacturing process, type slag and lack of fusion, the flaw parameters “Macroscopic shape in the through thickness direction” and “the geometry” were influenced by the signal response considerably.</p><p>In the evaluation of signal response with the UT pulse echo and UT TOFD techniques, the result corresponded to the theoretical assessment. For the eddy current technique only one of three flaw parameters corresponded to the theoretical assessment.</p>

I både kvalitets- och kontrollarbete finns det behov att kunskapsmässigt komma så nära verkligheten som möjligt vid fastställande av defektparametrar för oförstörande provning (OFP). Orsaken är att olika acceptanskrav och bedömningsgränser är svåra att klarlägga när man inte kan förlita sig på att uppgifter är realistiska. I projektet har olika erfarenheter använts för att få en bättre helhetsbild i området för defektparametrar och oförstörande provning. Denna rapport redovisar den inledande delen av forskning och utvecklingsprojektet PLANT 2, där olika defektparametrar kartlagts och en teoretisk bedömning utförts med avseende på hur signalsvaret påverkas för OFP-metoderna virvelström (ET) och ultraljudsprovning (UT) i form av puls-eko (PE) och ”time-of-flight-diffraction” (TOFD). Definitionen av redovisade defektparametrar följer i stort SKI-rapport 95:70 [1]. Defektparametrar i denna rapport redovisas i bilaga 1. Vid bedömningen av defektparametrarnas inverkan på OFP-tekniker, har drift¬inducerande defekter och tillverkningsdefekter hanterats separat. För de driftinducerande defekterna delades bedömningen upp i en generell och en specifik bedömning. De defektparametrar som bedöms specifikt och klassats att påverka signalsvaret betydligt bör vara av mest intresse i nästkommande etapp. Följande defektparametrar bedömdes påverka signalsvaret betydligt: • Form i ytan, antal sprickor och avstånd i gatstensmönster (vid termisk ut¬mattning) • Form i djupled • Sprickbredd vid sprickspets och sprickspetsradie För tillverkningsdefekter bedömdes defektparametrarnas form i djupled och geometri påverka signalsvaret betydligt för defekttyperna slagg och bindfel. Vid utvärdering av UT-PE och UT-TOFD teknikerna överensstämde resultatet helt med den teoretiska bedömningen. För ET-tekniken stämde endast en av tre defektparametrar överens med den teoretiska bedömningen. / In quality control of defect parameters for Non-Destructive Testing (NDT) it’s essential to have good knowledge about the defects. The reason is that different acceptance criteria and assessments must be based on defects that correspond to real defects. In this project different experience has been analyzed to get a better overview between defect parameters and non-destructive testing. This report shows the beginning of the research &amp; development project PLANT 2. There are different flaw parameters that have been mapped and a theoretical assessment has been performed with regard to how the signal response is influenced by the NDT techniques eddy current, ultrasonic pulse echo and ultrasonic time-of-flight-diffraction. The definition of the reported flaw parameters does in general follow the one presented in SKI-report 95:70 [1]. The actual flaw parameters in this report are presented in appendix 1. In the assessment of the influences on the NDT techniques with regard to flaw parameters, service-induced flaws and manufactured flaws have been separated in to two categories. The service-induced flaws have further on been separated in a general and a specific assessment. Those flaw parameters that have been assessed to be specific and classified to influence the signal response considerably should be the ones of most interest in future studies. The following flaw parameters were assessed to affect the signal response considerably: • Macroscopic shape in the surface direction, number of cracks and cobblestone stone pattern distance (for thermal fatigue) • Macroscopic shape in the through thickness direction • Crack width at the crack tip and the crack tip radius For flaws caused by the manufacturing process, type slag and lack of fusion, the flaw parameters “Macroscopic shape in the through thickness direction” and “the geometry” were influenced by the signal response considerably. In the evaluation of signal response with the UT pulse echo and UT TOFD techniques, the result corresponded to the theoretical assessment. For the eddy current technique only one of three flaw parameters corresponded to the theoretical assessment.

Τα δομικά στοιχεία των μηχανολογικών κατασκευών υπόκεινται σε επαναλαμβανόμενες κυκλικές καταπονήσεις, από τις οποίες δημιουργούνται και διαδίδονται ρωγμές. Οι καταπονήσεις αυτές, οι οποίες προκαλούν κόπωση στις κατασκευές, μπορεί να είναι είτε καθαρά μηχανικές είτε θερμικές ή να προκύπτουν σα συνδυασμός θερμικής και μηχανικής φόρτισης. Τυπικές περιπτώσεις θερμικών και θερμομηχανικών φορτίσεων εμφανίζονται σε κατασκευές, όπως σωλήνες κυκλωμάτων ψύξης, πιεστικά δοχεία, συνιστώσες ηλεκτρικών κυκλωμάτων, θάλαμοι μηχανών εσωτερικής καύσης και πτερύγια στροβιλοκινητήρων. Η κυκλική μεταβολή του θερμικού φορτίου στις προαναφερθείσες περιπτώσεις, συνιστά συνθήκες θερμικής κόπωσης. Επίσης, λόγω της σχετικά υψηλής συχνότητας του φορτίου η θερμοκρασία παρουσιάζει έντονη μεταβολή στο χώρο και στο χρόνο. Ο προσδιορισμός της διάρκειας ζωής ενός δομικού στοιχείου κατά τη φάση του σχεδιασμού μπορεί να γίνει με τη βοήθεια πειραματικών διαδικασιών. Τα πειράματα όμως κόπωσης είναι δαπανηρά και χρονοβόρα και προφανώς απαιτούνται περισσότερες από μια πειραματικές δοκιμές. Οπότε, είναι εύλογο να υπάρχουν υπολογιστικά εργαλεία που να δίνουν τη δυνατότητα στο μηχανικό να εκτιμήσει την διάρκεια ζωής ή τη σοβαρότητα της βλάβης ενός εξαρτήματος. Τα περισσότερα υπολογιστικά μοντέλα αναφέρονται σε καθαρά μηχανικές καταπονήσεις. Έτσι υπάρχει πρόσφορο έδαφος για την ανάπτυξη υπολογιστικών εργαλείων για την ανάλυση προβλημάτων θερμικής και θερμομηχανικής κόπωσης. Τέτοιου είδους εργαλεία θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη το κλείσιμο των ρωγμών, που συμβαίνει λόγω των θερμικών παραμορφώσεων, διότι είναι δυνατόν να επηρεάζεται τοπικά το θερμοκρασιακό πεδίο. Επομένως, χρειάζεται επαναληπτική διαδικασία για τον προσδιορισμό του θερμικού και τασικού πεδίου που αλληλεπιδρούν. Είναι προφανές ότι η ανάλυση της θερμικής κόπωσης εξελίσσεται σε συνθέτη διαδικασία, που θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει τον υπολογισμό της κατανομής της θερμοκρασίας, την τοπική επίδραση του άκρου της ρωγμής στο τασικό πεδίο καθώς και την επαφή των επιφανειών της ρωγμής. Η μέθοδος των συνοριακών στοιχείων είναι ικανή να αντιμετωπίζει τέτοιου είδους τοπικές επιδράσεις. Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη υπολογιστικού εργαλείου βασισμένου στα συνοριακά στοιχεία, για την πρόβλεψη της διάδοσης ρωγμών και την εκτίμηση της διάρκειας ζωής, εξαρτημάτων υπό θερμική και θερμομηχανική κόπωση. Έμφαση δίνεται σε περιπτώσεις που το θερμικό φορτίο προκαλεί κλείσιμο της ρωγμής και σε περιπτώσεις διεπιφανειακών ρωγμών, όπου το θερμοκρασιακό πεδίο επηρεάζεται από την θερμική αντίσταση ανάμεσα στις επιφάνειες της ρωγμής. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση σε εργασίες που εστιάζουν σε φαινόμενα κόπωσης και διάδοσης ρωγμών, καθώς και στην ανάπτυξη υπολογιστικών μοντέλων για την πρόβλεψη της διάδοσης ρωγμών. Επιπλέον, προσδιορίζεται λεπτομερώς το αντικείμενο της παρούσας διατριβής και εξηγείται η συνεισφορά της και τα καινοτόμα σημεία της. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η ιδιόμορφη συμπεριφορά του άκρου της ρωγμής, δίνονται οι διατυπώσεις των μεγεθών θραύσης που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση της κόπωσης και αναφέρονται τρόποι με τους οποίους μελετάται η διάδοση ρωγμών. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται λεπτομερώς οι ολοκληρωτικές συνοριακές διατυπώσεις για την επίλυση προβλημάτων θερμοελαστικότητας. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι υπολογιστικές διαδικασίες που ακολουθούνται στην παρούσα εργασία για τον προσδιορισμό του πεδίου θερμοκρασιών και μετατοπίσεων, καθώς και ο τρόπος που προσομοιώνεται η διάδοση ρωγμής. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις αναλύσεις για διάφορες περιπτώσεις, ενώ στο έκτο κεφάλαιο εξάγονται συμπεράσματα και διατυπώνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. / The prediction of fatigue life is essential for the integrity and reliability of a structure when designing engineering components that undergo cyclic loading. In most cases, the mechanical cyclic loads are taken into account in order to evaluate the life and damage tolerance of structures with existing cracks. However, there exists a category of structures that experience severe thermal cycling that acts alongside the mechanical loads. Such structures include cooling system pipes, pressure vessels, pistons and combustion chambers of internal combustion engines, gas turbine blades and components of electrical circuits. Interfacial crack growth is of paramount importance when designing components that are protected by thermal barrier coatings in order to increase their endurance and efficiency. These types of structures are exposed to very intense thermo-mechanical cycling, which gradually causes delamination and eventually leads to spallation of the coating Numerical simulations, via the finite element method, are a common trend, when analysing the endurance of coated components. However, important aspects such as the heat exchange between the contacting faces and friction are not taken into account in fracture assessments of these components. The boundary element method is very attractive for crack-growth analyses because only the boundary is meshed, rather than the whole domain of the problem. In the present thesis, the boundary integral equations of uncoupled, time-dependent thermo-elasticity are employed to account for the time-varying nature of the thermal load. Our study discusses the influence of crack closure on quasi-static, sub-critical crack extension in the presence of thermo-mechanical cyclic loading. Appropriate thermal and mechanical boundary conditions are imposed on the numerical model to account for the contact state. The validity of the code to compute the temperature distribution under thermal cycling is checked through analytical solutions. Afterwards, a pure mode-I and mixed mode fracture problems in homogeneous material are analysed and the results are compared to other boundary element solutions. The singularity resulting from tractions and heat flux around the crack tip is effectively captured by singular quarter-point elements, while the fracture magnitudes can be computed using appropriate traction formulas. In these problems, the fatigue life is evaluated in terms of load cycle when the crack closure is considered. The number of cycles required for an existing crack to grow a certain length can be empirically predicted using the Paris’ law. The crack extension angle is evaluated by means of the maximum circumferential stress. The results are discussed, clearly indicating the impact of crack closure on fatigue life evaluation. The main conclusion is that crack closure should be incorporated into the analysis whenever the contact effect is inevitable. Otherwise, the fatigue life may be underestimated, leading to a conservative design. Finally, the sub-domain boundary element procedure is applied to interfacial cracks where the crack closure is more pronounced. Specifically, a case of a thermal barrier coating system is investigated. The thermal resistance between the contacting crack faces is incorporated into the procedure and it is assumed to be dependent on the contact pressure. If crack closure due to thermal distortion takes place, then the displacement and traction field may affect the heat flux between the crack faces, and the thermal and mechanical parts of the problem will need to be solved repeatedly until thermo-mechanical convergence is achieved. The results suggest that there are significant effects on the behaviour of stably growing cracks and the evaluation of failure capacity, emanating from crack closure, the amount of thermal resistance and the phase angle between the mechanical and thermal loads.

Modern manufacturing processes are under a never ending evolvement. Lowered manufacturing costs, higher part quality, shorter lead times and lower environmental impact are some important drivers for this development. Aluminum die casting is an effective and attractive process when producing components for e.g. the automotive sector. Die casting process development, and hot work tool steel development for the die casting dies has led to the state of the art of die casting today. However, with the disruptive emergence of Additive Manufacturing (AM) of hot work steel alloys, new interesting features such as improved conformal cooling channels inside die casting molds can be produced. The new way to manufacture die casting dies, need basic investigating of the AM produced hot work tool steel properties, and their applicability in this demanding hot work segment. Die casting dies face several detrimental wear mechanisms during use in production, three of which has been isolated and used for testing three AM produced steel alloys and one conventional premium hot work tool steel. The wear mechanisms simulated are; thermal fatigue, static soldering and agitated soldering. The aim is to study the AM produced steels applicability in the die casting process. The tested materials are; Premium AISI H13 grade Uddeholm Orvar Supreme, AM 1.2709, AM UAB1 and AM H13. Based on current investigations the conclusion that can be made is that with right chemistry, and right AM processing, conventional material Uddeholm Orvar Supreme still is better than AM H13. This also complies with the literature study results, showing that conventional material still is better than AM material in general. / Våra moderna tillverkningsprocesser är under ständig utveckling. Drivande motiv är minskade tillverkningskostnader, högre tillverkningskvalitet, kortade ledtider samt minskad miljöpåfrestning. Pressgjutning av aluminium är en effektiv och attraktiv tillverkningsprocess ofta använd inom till exempel fordonsindustrin. Utvecklingen av pressgjutningsteknologin har gått hand i hand med utvecklingen av det varmarbets-verktygsstål som används i gjutformarna (pressgjutningsverktyget). Den utvecklingen har lett till dagens processnivå och branschstandard. Men med den revolutionerande additiva tillverkningsteknologins (AM) intåg, och möjlighet att producera komponenter av varmarbetsstål, kommer nya intressanta möjligheter att integrera komplex geometri så som yt-parallella kylkanaler i verktyget utan att tillverkningskostnaden blir för hög etc. Det nya sättet att producera pressgjutningsverktyg ger upphov till behovet av grundläggande materialundersökningar av sådant AM-material, samt hur tillförlitligt det är i pressgjutningsverktyg med pressgjutningens krävande materialegenskapsprofil. Pressgjutningsverktyg utsätts för många förslitningsmekanismer och för höga laster, tre av dessa mekanismer har isolerats för kontrollerade tester av ett konventionellt material och tre AM materials responser. Förslitningsmekanismerna som efterliknats är; termisk utmattning, statisk soldering och agiterad soldering. Målet med undersökningarna är att studera AM producerade materials lämplighet i pressgjutningsprocessen. De material som testats är konventionella premium varmarbetsstålet Uddeholm Orvar Supreme av typ AISI H13, AM 1.2709, AM UAB1 och AM H13. Undersökningarnas slutsats är att med rätt kemisk sammansättning, och med rätt AM printing parametrar, är konventionellt material fortfarande mer applicerbart i pressgjutning än AM producerat. Den slutsatsen faller väl I samklang med resultaten från mekanisk provning som återspeglas i litteraturstudien, som visade visar att konventionellt material är generellt bättre än AM material.

La réponse thermique, électrochimique et mécanique d'un électrolyseur de la vapeur d'eau à haute température (EVHT) a été analysée dans ce travail. Pour ce faire, une approche de modélisation multi-physique et multi-échelle a été employée : • Un modèle local, à l'échelle de la microstructure des électrodes, a été utilisé pour analyser le comportement électrochimique apparent des électrodes de la cellule d'électrolyse étudiée. Le fonctionnement du système au sein d'un empilement de plusieurs cellules a ensuite été analysé grâce à un modèle thermoélectrochimique à l'échelle macroscopique de l'EVHT. Un élément de validation expérimentale du modèle accompagne les résultats. • Un modèle thermomécanique pour le calcul de l'état de contrainte de l'EVHT a été développé. Celui-ci tient compte des phénomènes physiques intrinsèques à la cellule et à son fonctionnement sous courant à hautes températures et à ceux imputables aux interactions mécaniques entre la cellule et son environnement. Les données manquantes nécessaires à l'exécution des modèles ont été obtenues par la caractérisation et par des calculs d'homogénéisation de la microstructure tridimensionnelle des électrodes. Par ailleurs le comportement viscoplastique du matériau de la cathode a été mis évidence par des essais de fluage en flexion quatre points. L'étude a permis de définir un domaine de fonctionnement optimal garantissant des performances électrochimiques élevées avec des niveaux de température acceptables. Des propositions visant à réduire l'endommagement mécanique du système ont également été produites. / The thermal, electrochemical and mechanical response of a high temperature steam electrolyzer (HTSE) has been analyzed in this work. To this end, a multi-physics and multi-scale modelling approach has been employed: • A local model, at the microstructure scale of the electrodes, has been used to analyze the apparent electrochemical behavior of the electrodes related to the studied electrolysis cell. System operation, in a stack of several cells, has been then analyzed using a thermoelectrochemical model at the macroscopic scale of the HTSE. An element of experimental validation of the model comes with the results. • A thermomechanical model for the calculation of the stress state of the HTSE has been developed. In this model, the intrinsic physical phenomena of the cell, of its operation under current at high temperatures and those ascribable to the mechanical interactions between the cell and its environment have been considered. The unknown data required for the models have been obtained by the characterization and homogenization calculations of the three-dimensional microstructure of the electrodes. Besides, the viscoplastic behavior of the cathode material has been determined by a four-point bending creep test. The study made it possible to define an optimal operating zone, ensuring both high electrochemical performances and acceptable temperature levels. Proposals aiming to reduce the mechanical damage of the system have been also produced.

No description available.

International Telemetering Conference Proceedings / October 28-31, 1996 / Town and Country Hotel and Convention Center, San Diego, California / Eutectic (63% tin-37% lead) or near-eutectic (40% tin-60% lead) tin-lead solder is widely used for creating electrical interconnections between the printed wiring board (PWB) and the components mounted on the board surface. For components mounted directly on the PWB mounting pads, that is, surface mounted components, the tin-lead solder also constitutes the mechanical interconnection. Eutectic solder has a melting point of 183°C (361°F). It is important to realize that its homologous temperature, defined as the temperature in degrees Kelvin over its melting point temperature (T(m)), also in degrees Kelvin, is defined as T/T(m). At room temperature (25°C = 298K), eutectic solder's homologous temperature is 0.65. It is widely acknowledged that materials having a homologous temperature ≥ 0.5 are readily subject to creep, and the solder joints of printed wiring assemblies are routinely exposed to temperatures above room temperature. Hence, solder joints tend to be subject to both thermal fatigue and creep. This can lead to premature failures during service conditions. The geometry, that is, the lead configuration, of the joints can also affect failure. Various geometries are better suited to withstand failure than others. The purpose of this paper is to explore solder joint failures of dual in-line (DIP) integrated circuit components, leadless ceramic chip carriers (LCCCs), and gull wing and J-lead surface mount components mounted on PWBs.

Sélectionner des traitements de surface pour l’industrie nécessite de prendre en compte :les propriétés à conférer au substrat, la nature et la géométrie de celui-ci et les caractéristiques du milieu extérieur. Certaines combinaisons de ces paramètres rendent difficile la sélection d’un traitement unique, d’où le recours à des multitraitements de surface. Dès lors, se posent les questions suivantes :<p>- Utiliser des multitraitements de surface peut se faire en scindant les différentes requêtes en sous-ensembles, de manière à ce que chaque traitement réponde à l’un d’eux. Dans quel ordre ces requêtes doivent-elles être introduites par rapport au substrat ?<p>- Comment sélectionner les traitements de surface répondant à chaque requête individuelle ?<p>- Comment classer des multitraitements en termes d’adéquation au problème posé ?<p>Dans ce travail, les première et troisième questions sont abordées, en explorant les requêtes concernant habituellement les dispositifs de moulage de l’aluminium :<p>- Résistance aux contraintes d’origine thermique.<p>- Résistance à la corrosion par les métaux fondus.<p>- Résistance au frottement.<p>L’analyse de la bibliographie relative aux traitements de surface utilisés dans ces systèmes a été analysée et des « architectures »-types ont été identifiées (chapitre 3). On prévoit, par exemple, un traitement conférant la résistance à la fatigue superficielle, ainsi qu’un revêtement étanche et résistant à l’aluminium fondu. Une barrière thermique est parfois préconisée.<p>Pour chacune des architectures, des traitements de surface individuels peuvent être sélectionnés. Un « facteur de performance » permettant de classer les solutions par rapport au problème de la fatigue thermique a été construit (chapitre 4) et discuté dans deux situations :<p>- Lorsqu’un revêtement est présent, et que les contraintes d’origine thermique (différence de dilatation thermique couche-substrat) menacent de le rompre lors de l’immersion dans un milieu corrosif à haute température. Des essais de corrosion dans de l’aluminium fondu ont été réalisés sur un acier revêtu par du nitrure de chrome dopé à l’aluminium, synthétisé par déposition physique en phase vapeur (chapitre 5 – collaboration :Inasmet).<p>- Lorsque des variations thermiques rapides menacent de rompre le substrat et la (les) couches. Des essais de fatigue thermique ont été réalisés sur de l’acier à outils pour travail à chaud non traité, boruré ou recouvert d’un multitraitements (zircone yttriée / NiCrAlY / boruration / acier). Le revêtement en zircone yttriée a été obtenu par projection par plasma. L’essai de fatigue thermique a été modélisé et le facteur de performance, discuté (chapitre 6).<p>Au chapitre 7, les architectures-types ont été introduites dans une méthodologie de sélection des multi-traitements de surface, qui a été appliquée dans deux cas :<p>- Celui des moules de fonderie, devant résister à la fatigue thermique et à la corrosion par l’aluminium fondu. Le facteur de performance a été extrapolé à d’autres situations qu’aux chapitres 5 et 6. Les solutions habituellement proposées pour résoudre ce problème sont retrouvées.<p>- Celui de deux pièces en acier frottant l’une contre l’autre en présence d’aluminium fondu.<p><p>To select surface treatments, one must account for the required functional properties, the substrate features and the solicitations the substrate must endure. Certain combinations of these parameters make it difficult to select a single surface treatment, a reason why several successive treatments are preferred. To select them, one needs to determine:<p>- How to divide the several requests into groups and how to stack up these groups from the substrate to the outer surface, so that each treatment deals with one specific group of requests/properties.<p>- How to select individual layers for each group of properties.<p>- How to rank the multi-treatments in terms of relevance for a given application.<p>In this work, one tries to answer the first and the third questions, by studying the case of aluminium foundry, in which the industrial devices frequently face the following solicitations:<p>- Thermal stress (thermal fatigue, thermal expansion mismatch).<p>- Presence of corrosive molten metal.<p>- Sliding wear.<p>In the literature, several “standard” architectures are proposed (chapter 3), like a diffusion layer reducing superficial fatigue plus a corrosion barrier layer. A thermal barrier coating is also sometimes proposed.<p>For each of these architectures, one can select individual treatments. To rank them, one devised a “performance index” for thermal stress (chap.4), which is discussed for two cases:<p>- For large differences between layer and substrate thermal expansion coefficients, when both are put into contact with a high temperature corrosive medium, the layer may be damaged. One discusses this case by examining the corrosion caused by molten aluminium for a steel substrate coated by anticorrosive chromium nitride doped with aluminium. The layer is produced by physical vapour deposition (chap. 5 – cooperation: Inasmet).<p>- Repeated fast surface temperature transients can also damage the substrate and/or the layer by thermal fatigue. One conducted thermal fatigue tests with samples of hot work tool steel, respectively untreated, simply borided and protected by a multilayer. In the last case, top coat is yttria stabilised zirconia, followed by a nickel superalloy and then a borided layer (undercoat). One synthesized the zirconia coating by plasma spray and one modelled the thermal fatigue (chap. 6).<p>In chap. 7, architectures from chap. 2 are introduced in a multi-treatment selection routine, which is applied in two cases:<p>- Foundry moulds for molten aluminium, withstanding both thermal fatigue and corrosion. The devised performance index is extrapolated beyond the tests of chap. 5 and 6 to treatments for this industrial application, thereby quantifying their respective merits.<p>- A foundry device exposed to molten metal and sliding wear.<p><p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished