Effet de la teneur en carbone sur la résistance du CA6NM à la propagation des fissures de fatigue

L'amélioration des performances des roues de turbines hydrauliques a fait l'objet de plusieurs études. Dans ce mémoire, on s'est intéressé à l'effet de la teneur en carbone du matériau de base de type CA6NM des aubes de turbines sur la microstructure et les propriétés mécaniques en général et en particulier sur le comportement en fatigue propagation. De manière à bien atteindre cet objectif, on a choisi trois différentes nuances d'acier à faible 0.018% C, moyenne 0.033% C et élevée 0.067% C teneurs en carbone. Le 0.018% C et 0.067% C ont été fabriqués par le même facturier et ils ont subi des traitements thermiques différents. De même, le 0.033% C a subi des traitements thermiques différents des deux autres après avoir été coulé par un autre fabricant. Afin d'effacer l'historique des traitements thermiques préalablement effectués et d'avoir la même taille de grains parents austénitiques (GPA), on a austénitisé les trois nuances d'acier à la même température 1040°C, à différentes périodes suivant la teneur en carbone. Après avoir homogénéisé la GPA, on a entamé le revenu. Le carbone a une influence sur la microstructure revenue notamment la quantité d'austénite de réversion ainsi que sur sa stabilité thermique et mécanique. Pour mettre en évidence l'effet de la teneur en carbone, on a trouvé raisonnable d'isoler les effets reliés à la température de revenu, en particulier la formation d'austénite de réversion. En effet, on a choisi deux températures de revenu. La première température est à 550°C pendant 2h imposée aux trois matériaux afin d'avoir une microstructure sans austénite de réversion. La deuxième température choisie est à 610°C pour avoir un maximum et une identique quantité d'austénite de réversion sans présence de martensite fraîche. À la lumière de ces deux microstructures, nous pouvons établir une relation entre les propriétés mécaniques du CA6NM et la teneur en carbone, ainsi qu'entre les effets de la présence ou non d'austénite de réversion sur les propriétés mécaniques. Les résultats montrent que l'effet de la teneur en carbone est plus significatif sur les propriétés mécaniques monotones de traction et de résilience des alliages sans austénite de réversion. En effet, la limite d'élasticité, la résistance à la traction et la dureté augmentent avec la teneur en carbone par contre l'allongement diminue. D'autre part, l'augmentation de la température et de la durée de revenu diminuent leur dureté.

Abstract

The improved performance of hydraulic turbine runners was the subject of several studies. In this paper we are interested in the effect of the carbon content of CA6NM type of base material turbine blades on the microstructure and mechanical properties in general and in particular on the fatigue propagation behavior. In order to achieve this well, we chose three different grades of steel low 0.018% C, 0.033% C average and 0.067% C high carbon content. The 0.018% C and 0.067% C were manufactured by the same factory and have undergone different heat treatments. Similarly, the 0.033% C has undergone different thermal treatments of the other two having been cast by another manufacturer. To clear the history of thermal treatments previously performed and have the same size of the prior austenite grains (GPA) .We have three austenitized steel grade at the same temperature 1040°C at different period depending of the carbon quantity. After homogenizing the GPA, the tempering was started. Carbon has an effect on the microstructure tempering including the amount of austenite reversion as well as its thermal and mechanical stability. To highlight the effect of the carbon content, we found reasonable to isolate the effects related to the tempering temperature, especially formation of austenite reversion. Indeed we chose two tempering temperatures: the first temperature to 550°C for 2 hours to three materials to have a microstructure without austenite reversion. The second selected temperature is tempering at 610°C for a maximum and the same amount of austenite reversion without the presence of fresh martensite. In light of these microstructures, we can establish a relationship between the mechanical properties of CA6NM and the carbon content and the effects of the presence or absence of austenite reversion on the mechanical properties. The effect of carbon content is more significant on the monotonous mechanical properties of tensile strength and toughness of the alloys without reversion austenite. Indeed the limit of elasticity and the tensile strength and the hardness increases with carbon content against the elongation decreases. On the other hand, the increase in temperature and lasted income decreased hardness. In CA6NM microstructure income at 610 ° C for 8 hours, it is the effect of the austenite reversion is dominant.