Mechanical modeling of Ta/TA6V heterogeneous welded joint : Behavior law and fracture criteria
Modélisation du comportement mécanique des liaisons soudées hétérogènes Ta/TA6V : Comportement et critère de rupture
Résumé
In the context of the CEA technological developments, the mechanical behavior analysis of heterogeneous Ta/TiAl4V6 welded joints is one of the most important concern. Indeed, the welding of this two materials, with very different thermomechanical properties, induces strong microstructural heterogeneities inside the fusion zone.
To characterize the welded joint, a four points bending test on notched specimen is developped and validated. This specific test allows, not only to describe the macroscopic behavior response, but also to analyse, thanks to an optical extensometer, the heterogeneities effect on localization of deformation in the weld. A complementary metallurgical study allows to understand the local mechanisms driving the welded joint fracture.
Moreover, nanoindentation tests give important informations on local mechanical properties as the quantification of some material parameters as the Young modulus.
In addition, various experimental tests on base materials allow to identify an elasto-viscoplastic model. Using the framework of the thermodynamics with state variables, an appropriate state and dissipation potentials are proposed to account for, the initial viscoplastic flow anisotropy, the mixed non linear isotropic and kinematic hardenings and the isotropic ductile damage effect. Specific development are made to describe the interactions between the viscous stress, the kinematic hardening and the isotropic hardening. The specific numerical treatment of the plane stress case is also adressed.
To characterize the welded joint, a four points bending test on notched specimen is developped and validated. This specific test allows, not only to describe the macroscopic behavior response, but also to analyse, thanks to an optical extensometer, the heterogeneities effect on localization of deformation in the weld. A complementary metallurgical study allows to understand the local mechanisms driving the welded joint fracture.
Moreover, nanoindentation tests give important informations on local mechanical properties as the quantification of some material parameters as the Young modulus.
In addition, various experimental tests on base materials allow to identify an elasto-viscoplastic model. Using the framework of the thermodynamics with state variables, an appropriate state and dissipation potentials are proposed to account for, the initial viscoplastic flow anisotropy, the mixed non linear isotropic and kinematic hardenings and the isotropic ductile damage effect. Specific development are made to describe the interactions between the viscous stress, the kinematic hardening and the isotropic hardening. The specific numerical treatment of the plane stress case is also adressed.
Dans le cadre des développements technologiques réalisés au CEA, l'analyse du comportement mécanique des liaisons soudées hétérogènes Ta/TA6V est une préoccupation première. En effet, la soudure de ces deux matériaux qui se distinguent par leurs propriétés mécaniques et thermiques, induit de fortes hétérogénéités microstructurales au niveau de la zone fondue.
Afin de caractériser le comportement des joints, un essai de flexion quatre points sur éprouvette entaillée a été développé. Ce nouvel essai permet d'obtenir une réponse macroscopique mais également d'analyser plus finement, grâce à un moyen d'extensométrie optique, l'influence des hétérogénéités sur la déformation locale du joint soudé. La confrontation de ces résultats à une étude métallurgique permet de conclure quant à l'influence du gradient de composition sur la rupture.
En outre, des essais de nanoindentation permettent d'identifier certains paramètres locaux tels que le module d'élasticité dont la faible valeur est quantifiée.
Une base expérimentale variée, réalisée sur les matériaux de base, permet d'identifier un modèle élasto-viscoplastique avec écrouissages isotrope et multi-cinématique non linéaires couplé à l'endommagement. Ce modèle prend en compte l'anisotropie initiale et entre dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Une attention particulière est portée à la description de la viscosité, l'introduction de plusieurs couplages avec l'écrouissage isotrope et le traitement numérique de la contrainte plane.
Afin de caractériser le comportement des joints, un essai de flexion quatre points sur éprouvette entaillée a été développé. Ce nouvel essai permet d'obtenir une réponse macroscopique mais également d'analyser plus finement, grâce à un moyen d'extensométrie optique, l'influence des hétérogénéités sur la déformation locale du joint soudé. La confrontation de ces résultats à une étude métallurgique permet de conclure quant à l'influence du gradient de composition sur la rupture.
En outre, des essais de nanoindentation permettent d'identifier certains paramètres locaux tels que le module d'élasticité dont la faible valeur est quantifiée.
Une base expérimentale variée, réalisée sur les matériaux de base, permet d'identifier un modèle élasto-viscoplastique avec écrouissages isotrope et multi-cinématique non linéaires couplé à l'endommagement. Ce modèle prend en compte l'anisotropie initiale et entre dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Une attention particulière est portée à la description de la viscosité, l'introduction de plusieurs couplages avec l'écrouissage isotrope et le traitement numérique de la contrainte plane.
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