Resume these_ Gwenael TREGO - MINES ParisTech

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Resume these_ Gwenael TREGO - MINES ParisTech

Soutenance de thèse de : Gwenael TREGO

Comportement en fluage à haute température dans le domaine biphasé (alpha + beta) du M5.

Titre anglais :

Ecole

Doctorale :

Spécialité :

High temperature creep behavior in the (alpha + beta) phase temperature

range of M5 alloy.

SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur

Sciences et génie des matériaux - Evry

Cette soutenance aura lieu Mardi 20 Décembre 2011à 10h00

Adresse de la soutenance : Mines ParisTech 60 boulevard St Michel 75006 Paris - L.109

devant le jury composé de :

Philippe PILVIN

Professeur

LIMATB, Université de

Bretagne-Sud

Rapporteur

Eric ANDRIEU Professeur CIRIMAT-ENSIACET Rapporteur

Elisabeth AEBY-GAUTIER

René BILLARDON

Anne-Françoise GOURGUES-

LORENZON

Samuel FOREST

Directeur de

Recherche

Professeur

LSG2M - Mines de Nancy Examinateur

LMT Cachan, Université

Pierre et Marie Curie

Examinateur

Professeur MINES Paristech Examinateur

Directeur de

Recherche CNRS

MINES ParisTech

Examinateur

Laurence PORTIER Docteur CEA Saclay Examinateur

Mots clés en

français :

Mots clés en

anglais :

fluage,haute température,transformation de phases,M5,alliages de

zirconium,effets de taille de grains

creep,High temperature,phase transformation,M5,zirconium alloy,grain

size effects

Résumé de la thèse en français :

Le comportement en fluage isotherme de l'alliage M5® a été étudié à haute température dans

le domaine biphasé (α+β). Une première approche consiste en l'identification des lois de

fluage des phases α et β dans leur domaine monophasé respectif puis en l'extrapolation de ces

lois dans le domaine biphasé. Cette approche ne permet malheureusement pas de reproduire le

comportement expérimental. Une amélioration de ce modèle est développée dans cette étude

en prenant en compte deux effets microstructuraux: (i) la taille de grains: des tailles de grains

spécifiques contrôlées ont été obtenues en appliquant des traitements thermo-mécaniques au

matériau. Des essais de fluage dans les domaines quasi-α et quasi-β ont ainsi mis en évidence

un fort effet de la taille de grains, en particulier dans le régime de fluage diffusionnel. (ii) le

contraste micro-chimique entre les phases α et β dans le domaine biphasé: d'après des calculs


thermodynamiques et des analyses microstructurales, la phase β est enrichie en Nb et

appauvrie en O (inversement pour la phase α). Des essais de fluage ont alors été mis en

oeuvre sur des alliages Zr-Nb-O dont les teneurs en Nb et O sont représentatives de chaque

phase dans le domaine biphasé. Cette base expérimentale a permis de d'identifier de nouvelles

lois de fluage pour les phases α et β. Ces lois ont été ensuite implémentées dans un modèle

éléments finis afin de simuler le comportement du matériau biphasé. La morphologie 3D des

phases (en particulier la germination de la phase β aux joints de grains α) est introduite

explicitement dans les simulations afin de mettre en évidence son effet sur le comportement

macroscopique. M5® est une marque déposée d'AREVA NP

Résumé de la thèse en anglais:

The isothermal steady-state creep behavior of a M5® thin sheet alloy in a vacuum

environment was investigated in the (α+β) temperature, low-stress (1-10MPa) range. To this

aim, the simplest approach consists in identifying α and β creep flow rules in their respective

single-phase temperature ranges and extrapolating them in the two-phase domain. However,

the (α+β) experimental behavior may fall outside any bounds calculated using such creep flow

data. Here, the model was improved for each phase by considering two microstructural

effects: (i) Grain size: Thermo-mechanical treatments applied on the material yielded various

controlled grain-size distributions. Creep tests in near-α and near-β ranges evidenced a strong

grain-size effect, especially in the diffusional creep regime. (ii) Chemical contrast between the

two phases in the (α+β) range: From thermodynamic calculations and microstructural

investigations, the β phase is enriched in Nb and depleted in O (the reverse being true for the

α phase). Thus, creep tests were performed on model Zr-Nb-O thin sheets with Nb and O

concentrations representative of each phase in the considered temperature range. New α and β

creep flow equations were developed from this extended experimental database and used to

compute, via a finite element model, the creep rates of the two-phase material. The 3Dmorphology

of phases (β grains nucleated at α grain boundaries) was explicitly introduced in

the computations. The effect of phase morphology on the macroscopic creep flow was shown

using this specific morphology, compared to other typical morphologies and to experimental

data. M5® is a registered trademark of AREVA NP

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