Contribution à l'étude du comportement en fatigue des aciers inoxydables 13%CR-4%NI : contraintes résiduelles de soudage et transformation sous contrainte de l'austénité de réversion

Résumé

L'objectif de la présente étude est de mieux cerner certains des principaux paramètres régissant le comportement en fatigue des aciers inoxydables 13%Cr-4%Ni utilisés pour la fabrication des roues de turbines hydrauliques. Ainsi deux aspects sont traités dans cette thèse, soit les contraintes résiduelles laissées par le soudage homogène de ces aciers et la transformation sous chargement cyclique de l'austénite de réversion contenue dans cet alliage. Les contraintes résiduelles laissées après soudage homogène ont été caractérisées à l'aide de quatre méthodes de mesure : la méthode de perçage, la diffraction des rayons-X, la méthode du contour et la diffraction des neutrons. Ces contraintes ont été mesurées dans deux types de joints soudés au métal d'apport 410NiMo avant et après traitement thermique post-soudage. Une distribution de contraintes résiduelles totalement différente de celle retrouvée dans les aciers de structures a été mesurée. Ainsi, des contraintes résiduelles de compression d'environ 400 MPa ont été mesurées dans le dernier cordon de soudure. Des zones de tension résiduelle ont été retrouvées au pourtour de la zone affectée thermiquement et sous la dernière couche de soudure. Cette distribution inédite est expliquée par la transformation de phase austénite-martensite se produisant à basse température (~300ºC) lors du refroidissement de la soudure. Les résultats de ces mesures montrent aussi que le traitement thermique post-soudage de revenu couramment utilisé par l'industrie est très efficace pour diminuer ces contraintes. Des contraintes maximales d'environ 150 MPa ont été retrouvées après ce traitement. L'austénite de réversion formée lors du traitement de revenu est par ailleurs instable mécaniquement. Les résultats présentés dans cette thèse montrent qu'après essais de propagation de fissure, toute l'austénite située près de la surface de rupture a été transformé en martensite sous l'effet du chargement cyclique. Ces mesures obtenues directement sur les surfaces de rupture par diffraction des rayons-X ont été corroborées par les résultats obtenus en fatigue oligocyclique qui montrent que cette austénite se transforme graduellement et que cette transformation est complétée après 100 cycles. Le comportement en fatiguepropagation des aciers testés ne semble pas influencé outre mesure par cette transformation qui a lieu à toute valeur de facteur d'intensité de contrainte. Les retombées pratiques de ces résultats pour la fabrication et la réparation des roues de turbines en inox 13%Cr-4%Ni sont discutées à la suite de la présentation des résultats.

Date	21 déc. 2010
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Philippe Bocher (Directeur(-trice)) & Marc Thomas (Codirecteur(-trice))