Interactions between microstructure, mechanics and local electrochemistry : Application to nickel-based alloy A600
Interactions microstructure - mécanique - électrochimie locale : application à l'alliage base nickel A600
Résumé
Stress corrosion cracking (SCC) is a local damaging phenomenon, which results from the synergy of microstructural, mechanical and environmental parameters. Understanding the interactions between those parameters allows manufacturers to continuously improve their reliability models for components and thus to improve facility safety. The present study focuses on Alloy 600, a nickel-based alloy which is used in pressurized water reactors and subject to SCC.Understanding and modelling interactions between the material, mechanics and environment requires decreasing the scale down to heterogeneities of the microstructure, mechanical fields and electrochemical properties, in order to avoid averaging effects. In this study, this scaling was achieved thanks to the use of experimental and numerical local techniques.A scanning electrochemical microscope (SECM) made it possible to measure currents at the grain scale. The effect of grain crystallographic orientation on the electrochemical properties of the passive film was quantified by means of a coupling of SECM with EBSD. The effect of the grain boundary type was also investigated. Thereafter, same measurements were conducted on a specimen under mechanical load thanks to the development of an experimental set-up composed of an in situ tensile machine coupled to SECM. The microstructure which was obtained by EBSD was then used to recreate a virtual microstructure on which local mechanical fields were determined through a crystal plasticity computation. The influence of cold-work and that of a tensile load on surface reactivity were then demonstrated at the microstructural scale, attesting that SCC models must integrate local heterogeneities.
La corrosion sous contrainte (CSC) est un phénomène de dégradation localisée découlant de la synergie entre des paramètres microstructuraux, mécaniques et environnementaux. La compréhension des interactions entre ces paramètres permet aux industriels d’améliorer de plus en plus les modèles de fiabilité des pièces et ainsi d’augmenter la sûreté des installations. Cette étude porte sur l’Alliage 600, alliage à base nickel utilisé dans les réacteurs à eau pressurisée et sujet à la CSC.Comprendre et modéliser les interactions matériau-mécanique-environnement nécessite de se placer à l’échelle des hétérogénéités microstructurales, de champs mécaniques et de propriétés électrochimiques, afin de s’affranchir des effets de moyennation. Au cours de la thèse, ce changement d’échelle a été atteint grâce à l’utilisation de techniques locales à la fois expérimentales et numériques.Le microscope électrochimique à balayage (SECM) a permis de réaliser des mesures de courant à l’échelle des grains. En le couplant avec l’EBSD, l’effet de l’orientation cristallographique des grains sur les propriétés électrochimiques du film passif a pu être quantifié. L’effet de la nature des joints de grains a également été investigué. Par la suite, les mêmes mesures ont été faites sur une éprouvette sous sollicitation mécanique, grâce au développement d’un montage expérimental de traction in situ couplé au SECM. La microstructure obtenue par EBSD a alors été utilisée pour reconstruire une microstructure virtuelle, sur laquelle les champs mécaniques locaux ont été déterminés par un calcul en plasticité cristalline. L’influence d’un pré-écrouissage puis l’influence d’une sollicitation mécanique en traction sur la réactivité de la surface ont été montrées à l’échelle de la microstructure, confirmant que les modèles de CSC doivent intégrer les hétérogénéités locales.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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