Influence de la température de revenu sur la résistance du CA6NM à la propagation des fissures de fatigue

Ce mémoire présente une étude de l'influence de la température de revenu sur la propagation des fissures de fatigue dans le CA6NM. Ce matériau étant largement utilisé pour la fabrication des turbines hydrauliques, les retombées de cette recherche pourraient permettre d'aboutir à une amélioration de la durée de vie de ces pièces. Le but principal de ce projet consiste à déterminer les paramètres influencés par la température de revenu et de mettre en évidence l'effet de chacun de ces paramètres sur les propriétés en fatigue du CA6NM. Pour cela, un certain nombre d'essais mécaniques et notamment de fatigue-propagation, ont été réalisés de manière à observer l'influence de la température de revenu. Ces essais ont permis, entre autres, de déterminer les seuils de propagation et les paramètres de la loi de Paris C et m pour les différentes conditions de traitement thermique. Ainsi, il a été possible de comparer les résistances à la propagation de fissure apportées par les différentes conditions de revenu. Dans un premier temps, une étude préliminaire a été menée afin d'instaurer un plan expérimental. Une caractérisation microstructurale a d'abord été réalisée. Il a ensuite été nécessaire d'établir les différentes températures à étudier afin d'isoler l'effet d'un maximum de mécanismes qui peuvent survenir lors du revenu du CA6NM. Les températures ont été choisies en fonction des tolérances imposées par la norme ASTM A743 et de leur effet sur les mécanismes en question, notamment sur l'austénite reformée. Un certain nombre de mesures ont été effectuées afin de choisir ces températures, dont des mesures de dureté et d'austénite reformée. Cette austénite reformée, à travers l'effet TRIP (Transformation Induced Plasticity), est au coeur d'un certain nombre de questionnements en ce qui concerne la résistance à la propagation des fissures de fatigue et la température de revenu influe sur sa quantité présente dans le CA6NM. Les températures ont finalement été choisies de manière à répondre à la norme ASTM A743 et à isoler l'effet de l'austénite reformée, l'effet de l'adoucissement de la martensite et l'effet d'une éventuelle martensite fraîche induite par un manque de stabilité thermique de l'austénite reformée. Les conditions de revenu choisies ont été des revenus à 550°C pendant 2h, 600°C pendant 2h, 610°C pendant 8h et 620°C pendant 8h. Une fois les températures déterminées, les essais de fatigue-propagation ont permis d'apporter un certain nombre de conclusions concernant l'influence de la température de revenu sur le comportement du CA6NM.

Abstract

This thesis presents a study on the influence of tempering temperature on fatigue crack propagation in CA6NM. This material is widely used for the manufacturing of hydraulic turbines. Therefore the impacts of this research could lead to an improvement of the lifetime of these components. The main purpose of this project is to determine the parameters influenced by the tempering temperature and to highlight their effect on the fatigue behavior of CA6NM stainless steel. Thus, a number of tests, including fatigue crack propagation, have been performed to observe the influence of the tempering temperature. These tests allowed to determine the crack propagation thresholds and the parameters of the law of Paris, C and m, for different heat treatment conditions. So, it has been possible to compare the crack growth resistance of CA6NM for different heat treatment conditions. First, a preliminary study was conducted to establish an experimental plan. Microstructural characterization was performed. Then, it was necessary to determine the different temperatures to test in order to isolate the effects of as many mechanisms as possible. The temperatures have been chosen according to the tolerances imposed by ASTM A743 standard and their effect on the mechanisms, and particularly on reformed austenite. Several measurements have been carried out in order to choose these temperatures, including hardness measurements and proportion of reformed austenite. This reformed austenite, through the TRIP (Transformation Induced Plasticity) effect, brings different questions regarding its effect on the resistance to fatigue crack propagation. Also, the tempering temperature affects the proportion of reformed austenite in CA6NM. Temperatures have finally been selected to meet the ASTM A743 standard with the aim to isolate the effect of the reformed austenite, the tempering of martensite and the effect of possible fresh martensite induced by a lack of thermal stability of the reformed austenite. Once temperatures had been determined, fatigue-propagation tests allowed drawing several conclusions regarding the influence of tempering temperature on the fatigue behavior of CA6NM. First, the austenite reversion, by its transformation by TRIP effect, has helped to increase the closure effect, which slows the propagation of fatigue cracks. This increased closure effect is due to the introduction of internal compression stresses introduced by the transformation of reformed austenite into martensite.