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