Effct of the microstructure on local behaviour of 16MND5 steels
Influence de la microstructure sur le comportement local dans les aciers 16MND5
Abstract
16MND5 Steel or A508 Cl3 is used for manufacture by forging of nuclear reactor vessels. This material presents a good compromise in term of tenacity and yield stress, its microstructure is mainly bainitic tempered. Because of the chemical composition local variation and process of development, this material presents microstructural heterogeneities which can locally modify the properties of damage. In particular, some zones present a martensitic microstructure.
The goal of this thesis is to bring some explanations on the influence of the microstructure; more particularly, size of the crystallographic entities and their spatial distribution on the local behaviour of 16MND5 steel. Two microstructures were elaborated for this purpose, a tempered bainitic microstructure and a tempered martensitic microstructure. An experimental characterization was carried out on the two microstructures in order to determine morphology, spatial distribution of the crystallographic orientations and tensile behaviour. A deposit of microgrid was carried out on tensile specimens to determine the experimental deformation field on a beforehand EBSD analyzed zone.
The determination of the tensile behaviour allowed the identification of a multicristalline behaviour law by a reverse method using the density of dislocation on each system of slip. This behaviour law was used in simulations with a finite element method to simulate the local mechanical field of the two microstructures and to compare with the obtained experimental deformation fields. It results, a good adequacy between simulations and experiments and the description of the influence of the neighbor grain's orientation on the local behaviour.
The goal of this thesis is to bring some explanations on the influence of the microstructure; more particularly, size of the crystallographic entities and their spatial distribution on the local behaviour of 16MND5 steel. Two microstructures were elaborated for this purpose, a tempered bainitic microstructure and a tempered martensitic microstructure. An experimental characterization was carried out on the two microstructures in order to determine morphology, spatial distribution of the crystallographic orientations and tensile behaviour. A deposit of microgrid was carried out on tensile specimens to determine the experimental deformation field on a beforehand EBSD analyzed zone.
The determination of the tensile behaviour allowed the identification of a multicristalline behaviour law by a reverse method using the density of dislocation on each system of slip. This behaviour law was used in simulations with a finite element method to simulate the local mechanical field of the two microstructures and to compare with the obtained experimental deformation fields. It results, a good adequacy between simulations and experiments and the description of the influence of the neighbor grain's orientation on the local behaviour.
L'acier 16MND5 ou A508 Cl3 est utilisé pour la fabrication par forgeage des cuves de réacteurs nucléaires à eau sous pression.
Ce matériau présente un bon compromis en terme de ténacité et de limite d'élasticité, sa microstructure est principalement bainitique revenue. Du fait de la variation locale de la composition chimique et du procédé d'élaboration, ce matériau présente des hétérogénéités microstructurales qui peuvent modifier localement les propriétés du point de vue de l'endommagement. En particulier, certaines zones présentent une microstructure martensitique dont les propriétés à la rupture sont différentes de celles de la bainite.
Le but de cette thèse est d'apporter quelques éclaircissements sur l'influence de la microstructure ; plus particulièrement, la taille des entités cristallographiques et leur distribution spatiale sur le comportement local de l'acier 16MND5.
Deux microstructures ont été élaborées à cet effet ; une microstructure bainitique revenue et une microstructure martensitique revenue. Une caractérisation expérimentale a été réalisée sur les deux microstructures afin de déterminer la morphologie, la distribution spatiale des orientations cristallographiques et le comportement en traction.
Un dépôt de grille a été effectué sur des éprouvettes de traction plates pour permettre de déterminer le champ déformation expérimental sur une zone préalablement analysée en EBSD.
La détermination du comportement en traction a permis l'identification à l'aide d'une méthode inverse d'une loi de comportement multicristalline faisant intervenir la densité de dislocation sur chaque système de glissement. Cette loi de comportement a été utilisée dans des simulations à l'aide de la méthode des éléments finis pour simuler le comportement des deux microstructures en traction et comparer aux champs de déformations expérimentaux de celles-ci. Il en résulte une bonne adéquation entre les simulations et les expériences et la mise en évidence de l'influence de l'orientation des grains voisins sur le comportement local.
Ce matériau présente un bon compromis en terme de ténacité et de limite d'élasticité, sa microstructure est principalement bainitique revenue. Du fait de la variation locale de la composition chimique et du procédé d'élaboration, ce matériau présente des hétérogénéités microstructurales qui peuvent modifier localement les propriétés du point de vue de l'endommagement. En particulier, certaines zones présentent une microstructure martensitique dont les propriétés à la rupture sont différentes de celles de la bainite.
Le but de cette thèse est d'apporter quelques éclaircissements sur l'influence de la microstructure ; plus particulièrement, la taille des entités cristallographiques et leur distribution spatiale sur le comportement local de l'acier 16MND5.
Deux microstructures ont été élaborées à cet effet ; une microstructure bainitique revenue et une microstructure martensitique revenue. Une caractérisation expérimentale a été réalisée sur les deux microstructures afin de déterminer la morphologie, la distribution spatiale des orientations cristallographiques et le comportement en traction.
Un dépôt de grille a été effectué sur des éprouvettes de traction plates pour permettre de déterminer le champ déformation expérimental sur une zone préalablement analysée en EBSD.
La détermination du comportement en traction a permis l'identification à l'aide d'une méthode inverse d'une loi de comportement multicristalline faisant intervenir la densité de dislocation sur chaque système de glissement. Cette loi de comportement a été utilisée dans des simulations à l'aide de la méthode des éléments finis pour simuler le comportement des deux microstructures en traction et comparer aux champs de déformations expérimentaux de celles-ci. Il en résulte une bonne adéquation entre les simulations et les expériences et la mise en évidence de l'influence de l'orientation des grains voisins sur le comportement local.
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