Étude du recharchement hétérogène avant et après martelage de l'acier E2209 déposé sur l'acier S41500

Résumé

Ce mémoire présente une étude expérimentale de la compatibilité métallurgique et mécanique d’un rechargement hétérogène réalisé par soudage en vue de développer de nouvelles méthodes de réparation des roues de turbine hydrauliques endommagées par fatigue. Le rechargement hétérogène étudié est constitué de l’acier inoxydable duplex E2209 déposé sur l’acier inoxydable martensitique à bas carbone S41500. Le second objectif de cette étude expérimentale porte sur l’effet du martelage de ce rechargement hétérogène sur les contraintes résiduelles de tension générées lors des opérations de rechargement par soudage. Cette étude est motivée par la problématique de réparer les dommages causés par la fatigue sans recourir au traitement thermique de revenu après soudage. En effet, l’acier inoxydable martensitique à bas carbone UNS S41500 et sa version coulée CA6NM, utilisé pour la fabrication de plusieurs turbines hydrauliques, nécessite un traitement thermique de revenu après soudage afin d’adoucir la martensite nouvellement formée. Les réparations devant être réalisées dans le puits de turbine pour limiter le temps d’arrêt de production d’électricité, rendent difficile la réalisation d’un traitement thermique après soudage (TTAS), donc le recours à un alliage d’apport homogène pour les réparations est proscrit. Différentes plaques simulant la réparation d’une fissure ont été rechargées en variant l’énergie de soudage ou la composition chimique du gaz de protection afin d’étudier l’effet de ces deux variables sur la microstructure et les propriétés mécaniques du rechargement. De ces plaques, des essais de traction, de résilience et des profils de microduretés ont été réalisés afin d’en caractériser le comportement mécanique. La méthode du contour a été utilisée afin d’évaluer le niveau de contraintes résiduelles longitudinales de la région rechargée. Elle a par ailleurs permis d’évaluer l’effet du parachèvement par martelage sur le niveau de contraintes résiduelles. Des échantillons métallographiques ont été prélevés des différentes combinaisons de paramètres afin de caractériser la microstructure de la zone fondue (ZF), mais aussi de la zone de liaison (ZL) et de la zone affectée thermiquement du métal de base (ZAT). La proportion d’austénite et de ferrite constituant l’alliage duplex a été évaluée par analyse d’image et par analyse de diffraction d’électron rétrodiffusés (EBSD). Les images obtenues par microscopie optique ont permis de confirmer la solidification ferritique de l’alliage duplex et la transformation à l’état solide de la ferrite en austénite sous différentes morphologies au cours du refroidissement. La présence de nitrures au sein de la matrice ferritique a aussi été observée. Le microscope électronique à balayage (MEB) a été utilisé afin de rechercher la présence de composés intermétalliques dans la zone fondue. Des précipités ont effectivement été observés aux interfaces austénite-ferrite, mais l’analyse de leur composition chimique à l’aide de la spectrométrie par fluorescence des rayons X (EDS) n’a pas permis de confirmer qu’il s’agissait de phase σ.

Date	9 janv. 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Tan Pham (Directeur(-trice)) & Stéphane Godin (Codirecteur(-trice))