Ce travail est dédié à l’étude de l’endommagement en fatigue polycyclique soussollicitations multiaxiales de matériaux métalliques, suivant deux objectifs. Le premierest la caractérisation expérimentale de cet endommagement, pour des sollicitations simples(traction et torsion), mais également pour des blocs de sollicitations différentes. Lesecond objectif est la modélisation des phénomènes observés incluant l’usage de lamécanique de l’endommagement.

Cette modélisation est établie dans un cadrethermodynamique, suivant une description mésoscopique de la plasticité cyclique, avec uncouplage fort des variables décrivant le dommage cristallin. La version isotrope présentéeici utilise deux variables distinctes pour décrire l’endommagement du cristal. La premièrevariable permet de considérer les effets de la dégradation du cristal sur ses propriétésplastiques, alors que la seconde est une mesure équivalente de l’usure du cristal.L’évolution relative de ces deux variables dépend en premier lieu de la part hydrostatiquedu tenseur mésoscopique des contraintes.

The phases obtained in copper aluminium bronze alloy (Cu-10wt.%Al-2wt.%Fe) cast into apermanent mould were investigated. The parameters examined were the thickness of thegraphite coating of the mould and its pre-heated temperature. The phases α andγ2 were detected as well as the metastable phases β′ and γ′. The intermetallics of the Fe-Al system were obtained in variousstoichiometric compositions. The different cooling rates of the casting led to twomechanisms of transformation into α-phase grains out of the unstable β-phase, one beingnucleation and growth producing needle-shaped grains, the other exhibiting a massivetransformation into spherical grains.

Dans le domaine de la construction navale, le soudage est l’un des procédés les pluslargement utilisés dans la réalisation d’éléments structuraux. Les discontinuitésgéométriques, qui existent au niveau des cordons de soudure, entraînent l’apparition dezones de concentration de contrainte. En service, une telle structure subit deschargements cycliques complexes et variables. Ainsi, ces zones de concentration decontrainte sont souvent le siège d’un endommagement par fatigue. Lors d’une précédenteétude [1], une méthode de prévision de la durée de vie en fatigue, appliquée à des tôlessoudées bout-à-bout, a été développée et une bonne corrélation entre les résultatsexpérimentaux et numériques a été observée. Le travail en cours porte sur l’extension dela démarche aux joints cruciformes et à des panneaux raidis représentatifs d’applicationsindustrielles. La méthode de calcul de la durée de vie se scinde en deux étapes. Dans unpremier temps, un calcul de structure est réalisé afin de déterminer le comportementcyclique de l’assemblage. Dans le cas d’une adaptation élastique, un post-traitement desrésultats est proposé pour prédire l’amorçage d’une fissure de fatigue. L’ensemble de laméthode nécessite la connaissance du comportement cyclique et les propriétés à la fatiguedes différents métaux en présence (métal de base, zone affectée thermiquement et métalfondu).

The recent decrease in Blast Furnace production as well as changes in raw materials andprocess conditions has produced an increase in the silicon and phosphorus contents in hotmetal. This situation increases the probability of slopping and fume emissions duringconverter blowing because of the large volume of highly viscous slag. To carry out thesilicon oxidation and dephosphorization steps, a double slag practice has to be used. Thefirst slag is rich in silicon and phosphorus and has a low basicity. The first slag isremoved. Then the second slag is formed; this low-viscosity slag is subject to the strongagitation created by a high decarburization rate. The second slag is characterized byhigher CaO and phosphorus contents. These conditions yield a better dephosphorization atthe end of the blow. In order to implement the double slag practice, the converter controlsystem was modified. The changes included the design of the lance blowing pattern, theflux additions, the static control, and the logic of the gas collection and cleaningsystem. For a silicon content larger than 0.60% in the hot metal, the results show asignificant reduction in the fume emissions and in slopping, a lower flux consumption, andopen up the possibility of working with iron ore with higher phosphorus content.

The mechanical properties of a CuCr1Zr alloy were measured with the help of a Gleeble3500 machine at temperatures ranging from 250 °C to 1000 °C. Some tensile tests were alsoperformed at 20 °C. The measured data were first used to determine the thermal linearcoefficient at different temperatures. The measured curves were then simulated with anelasto-visco-plastic constitutive model assuming that the material behaviour wasisotropic. This law requires the knowledge of temperature dependent parameters that weredetermined by inverse method. This work represents a part of a PhD study on hot tearingsusceptibility during welding.

Les alliages biphasés α2/γ de base TiAl sont des candidatsprometteurs pour des applications à hautes températures dans les domaines del’aéronautiques. Leur développement reste limité du fait de la faible robustesse de laréponse aux traitements thermiques en particulier en présence de macroségrégation ou de laréactivité à haute température, limitant la surchauffe du métal liquide et donc lacoulabilité de ces alliages. Les procédés de coulée centrifuge permettent un remplissagedes moules à grande vitesse ce qui permet de pallier la faible coulabilité. Lacaractérisation de ce procédé passe par une meilleure compréhension de la formation desmacroségrégations en présence de force centrifuge. Dans cette étude nous présentons lesrésultats de modélisation de macroségrégation prenant en compte la force centrifuge et lemouvement des grains pour un alliage de base Ti-Al-Nb.

L’évolution des teneurs en CO et CO2 dans les gaz à la sortie d’unconvertisseur industriel présente un comportement reproductible, qui reflète ladécarburation du bain métallique. Malgré les limitations présentes dans les équipements demesure installés au convertisseur de Siderar – analyse des gaz seulement et pas de mesurede débit des gaz produits – il a été possible de mettre en place une méthode permettantd’estimer la teneur en carbone de l’acier à la fin du soufflage d’oxygène. Il a étédéterminé que le temps écoulé entre le moment où le maximum de la courbe de teneur enCO2 apparaît, quelques minutes avant la fin du soufflage, et le moment del’arrêt du soufflage est la variable qui permet d’estimer au mieux la teneur en carbone del’acier. La méthode développée permet d’améliorer de façon significative la précisiond’obtention de la teneur en carbone d’arrêt par rapport aux pratiques conventionnelles.Les analyses réalisées ont montré que parmi les variables évaluées, celle-ci est la plusrobuste car elle est peu sensible à l’influence des paramètres qui affectent les entréesd’air dans le système et qui ont une influence directe sur les analyses du gaz. Afin demettre en œuvre cette méthode en tant qu’outil de contrôle de process en temps réel, il aété développé un système expert qui analyse point par point l’évolution de l’analyse desgaz du convertisseur, détecte le maximum de CO2 et envoie un signal au PLC pourremonter la lance de soufflage d’oxygène au moment voulu pour obtenir la teneur en carbonevisée.

PVD ZnCr coatings exhibit different metastable crystal structures δ, ζ, Γ depending onthe Cr content and the deposition conditions. Here we describe the different mechanicaland electrochemical properties of these phases. We show that by introducing an appropriateCr concentration profile it is possible to produce a ZnCr coating with a thin Γ-phaseinterface layer optimized for substrate adhesion and a δ-phase matrix with a strongbasal texture which possesses excellent cold forming properties. This alloy coating istailored so that the application of a short low temperature annealing step after forming,such as an automotive paint bake hardening treatment, transforms the textured δ-phaseinto a nanocrystalline ı-phase with no marked texture. The latter microstructure providessignificantly improved primary corrosion protection.

Les matériaux de fonderie, du fait de leur procédé d’obtention, présentent une population de défauts initiaux qui joue un rôle primordial sur leur comportement en fatigue. Dans ce travail, on propose de prendre en compte, dans un modèle de fatigue ad hoc, ces défauts de manière indirecte, i.e., sans les caractériser géométriquement. Cette approche est ensuite utilisée pour prévoir la tenue à la fatigue d’une structure obtenue par fonderie : une hélice marine.

A thermal fatigue test (INTHERPOL) was developed by EDF in order to study the initiationof cracks. These tests are carried out on tubular specimens under various thermal loadingsand surface finish qualities in order to give an account of these parameters on crackinitiation. The main topic of this study is to test the sensitivity of different fatiguecriteria to surface conditions using a micro/macro modelling approach. Therefore a 304Lpolycrystalline aggregate, used for cyclic plasticity based FE modelling, have beenconsidered as a Representative Volume Element located at the surface and subsurface of thetest tube. This aggregate has been cyclically strained according to the results issuedfrom FE simulation of INTHERPOL thermal fatigue experiment. Different surface parametershave been numerically simulated: effects of local microstructure and of grainsorientation, effects of machining: metallurgical prehardening, residual stress gradient,and surface roughness. Three different fatigue criteria (Manson Coffin, Fatemi Socie anddissipated energy types), previously fitted at a macroscale for thermal fatigue of 304L,have been computed at a meso scale, in order to show the surface “hot spots” features andtest the sensitivity of these three criteria to different surface conditions. Results showthat grain orientation and neighbouring play an important role on the location of hotspots, and also that the positive effect of prestraining and the negative effect ofroughness on fatigue life are not all similarly predicted by these different fatiguecriteria.