Étude expérimentale de la propagation de fissures de fatigue dans la zone affectée thermiquement de joints soudés de roues de turbines hydrauliques

Ce mémoire présente une étude expérimentale sur le comportement en fatigue-propagation en milieu aqueux de la zone affectée thermiquement de joints soudés de roues de turbines hydrauliques en acier inoxydable CA6NM. L'objectif primaire de ce projet était de déterminer les propriétés en fatigue-propagation de la zone affectée thermiquement. Des essais de fatigue-propagation en milieu aqueux ont été réalisés afin de déterminer le seuil de propagation ΔKseuil, et les paramètres de la loi de Paris C et m de la zone affectée thermiquement. Étant donné les potentielles incertitudes expérimentales associées à la propagation d'une fissure confinée à la zone affectée thermiquement, des essais de fatigue-propagation en milieu aqueux à variation du facteur d'intensité de contrainte (ΔK) constant ont été réalisés de manière à ce que la fissure traverse la zone affectée thermiquement. Ces essais ont permis de mieux apprécier la variation de la résistance à la propagation des fissures de fatigue entre les trois zones de la soudure, soient le métal d'apport, la zone affectée thermiquement et le métal de base. Pour atteindre ces objectifs, un plan expérimental a été mis en place. Une plaque de CA6NM a été soudée de manière à générer une couche de métal d'apport. La plaque soudée a été sciée en deux pièces identiques, dont une a subi un traitement thermique post-soudage afin d'en étudier l'effet sur le comportement en fatigue-propagation. Des éprouvettes de type compact tension ont été usinées à partir des plaques soudées. Des échantillons rectangulaires ont aussi été prélevés pour la caractérisation de la soudure. Des observations métallographiques et des mesures de diffraction aux rayons-X ont été réalisées dans les trois zones de la soudure (métal d'apport, zone affectée thermiquement et métal de base) afin d'en caractériser la microstructure. Cette caractérisation microstructurale, jumelée à des observations métallographiques du profil des fissures, ont été utiles afin d'identifier les effets microstructuraux agissant sur le comportement en fatigue-propagation. Des mesures de microdureté ont été réalisées à travers la soudure afin de quantifier la taille de la zone affectée thermiquement, et de permettre une caractérisation mécanique relative entre les trois zones de la soudure. Les contraintes résiduelles présentes dans les échantillons de fatigue ont été mesurées afin d'en déterminer l'influence sur le comportement en fatigue-propagation. Enfin, des observations des faciès de rupture ont été réalisées à l'aide d'un microscope électronique à balayage afin d'identifier les principaux mécanismes de rupture.