Etude de la transformation martensitique et de la rupture fragile dans les aciers 304 et 16MND5 au cours d'essais de traction in situ à basses températures

Raphaël Pesci

ENSAM-Arts et Métiers ParisTech Metz, laboratoire LPMM CNRS FRE 3236

Afin de bien comprendre le comportement de certains matériaux, il est bien souvent nécessaire de les caractériser à l'échelle microscopique, de déterminer tous les mécanismes qui entrent en jeu. Pour cela, des essais mécaniques in situ peuvent être réalisés directement dans la chambre d'un MEB : cela nécessite le développement de micromachines adaptées, capables notamment de solliciter des éprouvettes suivant plusieurs trajets de chargement (traction, compression, flexion) ou à différentes températures.

Première application : comportement et rupture de l'acier de cuve 16MND5 à -150°C
L'irradiation de l'acier bainitique 16MND5 entraîne une fragilisation qui se traduit par le décalage de sa courbe de résilience vers les hautes températures. Pour caractériser la rupture fragile de type, il est donc nécessaire de travailler à basses températures. Des essais de traction ont donc été réalisés à -150°C dans un MEB, permettant de mettre en évidence la plasticité cristalline, l'endommagement progressif de certaines particules, les sites d'initiation des fissures de clivage ainsi que l'influence des barrières microstructurales et de la désorientation des grains sur le trajet de fissuration (cartographies EBSD). Les mêmes essais de traction on été réalisés sous un goniomètre de diffraction et avec rayonnement synchrotron, afin de coupler les observations au MEB à des critères de rupture en contrainte par phase.

Deuxième application : caractérisation de la transformation martensitique dans l'acier 304
L'acier austénitique AISI 304 est un des plus utilisés dans le monde, car il a en particulier de bonnes propriétés de mise en forme, une bonne ductilité et une résistance mécanique élevée, induites notamment par l'effet TRIP qui le caractérise. Pour étudier et mieux comprendre ces mécanismes de transformation martensitique, des essais de traction ont donc été réalisés dans un MEB. L'objectif est de caractériser in situ cette transformation grain à grain, tout d'abord à température ambiante, puis à basse température (proche de Ms), en montrant en particulier l'influence de l'orientation cristallographique (cartographies systématiques par EBSD). Des analyses intragranulaires complémentaires par microdiffraction Kossel vont également été réalisées, afin de déterminer l'état de contrainte local dans chaque grain associé à cette transformation. Enfin, des analyses de contrainte par phase ont été réalisées in situ en parallèle par DRX, afin de suivre l'évolution de contrainte par phase associée.