Cinétique de transformation de phase dans des aciers austénitiques métastables
Sollicitations uniaxiales et suivi de la transformation de phase
Dans la première partie de cette section, nous présentons le matériau utilisé ainsi que le matériel d’essai mis en œuvre. La deuxième partie sera consacrée à la présentation de la méthode de dépouillement de la mesure électrique réalisée. La troisième partie sera attribuée aux essais réalisés. La quatrième partie sera consacrée à la détermination de la fraction volumique des phases présentes dans le matériau. L’acier inoxydable métastable 301L est un matériau ductile qui connaît un très grand couplage entre la plasticité et la transformation de phase. Cette transformation engendre, par conséquent, un comportement thermomécanique fortement non linéaire et un effet de surécrouissage dans le matériau [60]. Ce phénomène dépend aussi de la température. Par conséquent, la détermination de la cinétique de transformation de phase nécessite la réalisation d’essais thermomécaniques avec un suivi de la transformation de phase. Nous avons réalisé des essais de traction isothermes à différentes températures pour étudier leurs influences sur le comportement du matériau et plus particulièrement sur la transformation de phase qui y arrive. Dans ces essais, l’évolution de la fraction volumique de martensite a été déterminée en continu par la méthode de mesure par quatre points. Cette méthode se base sur des mesures de la tension électrique (la résistance électrique) qui sont réalisées sur la partie utile de l’éprouvette au cours des essais thermomécaniques. Nous avons choisi par la suite une méthode de post-traitement appropriée basée sur les tensions enregistrées. De ce fait, il a été possible de déterminer l’effet de la température, de l’élasticité, de la plasticité et de la transformation de phase sur la résistivité du matériau étudié. Après identification de l’effet de chaque mécanisme de déformation, une méthode de détermination de la fraction volumique basée sur la variation de la résistivité a été développée et utilisée pour déterminer la cinétique de transformation de phase. Finalement, nous avons comparé nos résultats avec ceux obtenus par deux autres méthodes classiques : la diffraction de neutrons et la méthode magnétique [52]. La réalisation d’essais thermomécaniques isothermes à différentes températures couplés avec le suivi de la transformation de phase permet d’obtenir des paramètres indispensables à la caractérisation de cette transformation dans ce matériau. Ainsi, nous réalisons des essais thermomécaniques dont nous présentons les différents paramètres ainsi que les moyens d’essai mis en œuvre lors de cette campagne.
Moyens d’essai
Le matériau ainsi que le matériel d’essais utilisés pour réaliser des essais uniaxiaux seront présentés dans cette partie.
Matériau
Nous avons utilisé des éprouvettes en acier inoxydable austénitique métastable 301L, fourni par ArcelorMittal, dans les essais de cette partie. Ces éprouvettes sont sous forme de lame de 0, 7 mm d’épaisseur, de 6 mm de largeur et de 249 mm de longueur (Figure 2.1), découpées par électroérosion. La composition chimique de cet acier est donnée dans le tableau 2.1.
Dispositif expérimental
Les essais de traction de cette section, ont été réalisés sur une machine de traction électromécanique universelle Zwick modèle 2050 (Figure 2.2). Cette machine est pilotée par le biais d’un ordinateur équipé du logiciel de commande et d’acquisition TestxWare. L’effort est mesuré par un capteur de force de 50 kN (Figure 2.2) tandis que la déformation réelle est mesurée par un extensomètre électromécanique (Figure 2.3). Ainsi, les variations de la force et de la déformation sont mesurées en utilisant ce même système d’acquisition de données. Une enceinte thermique a été utilisée pour réaliser les chargements thermiques voulus. La variation de la température de l’éprouvette est mesurée par deux thermocouples de type K fixés au milieu de la zone utile de l’éprouvette (Figure 2.3). Quant à la mesure de la résistance électrique, elle a été effectuée par la méthode de mesure par quatre points. Elle permet d’évaluer la résistance électrique des éprouvettes par mesure de la tension électrique. Cette méthode consiste à introduire un courant électrique constant fourni par un générateur de courant à travers deux points de l’éprouvette et de mesurer la tension résultante entre deux autres points situés entre ces deux premiers (Figure 2.4). Dans cette technique de mesure, l’éprouvette nécessite d’être isolée électriquement de la machine d’essai et de l’extensomètre pour éviter de fausser ces mesures électriques. Pour se faire, un carton isolant est placé entre les mors et des cales intermédiaires qui sont en appui contre l’éprouvette. De même, du téflon a été mis entre les lames de l’extensomètre et l’éprouvette. Ainsi, les fluctuations et les erreurs qui peuvent résulter à cause de la circulation du courant électrique dans la machine d’essai sont évitées. Par ailleurs, l’acquisition des valeurs de la résistance électrique est réalisée par le biais d’une carte d’acquisition commandée par Labview sur un deuxième ordinateur. Deux systèmes d’acquisition sont utilisés (Figure 2.5). Le premier sert à enregistrer les valeurs fournies par la machine d’essai. Tandis que le deuxième enregistre les données issues de la carte d’acquisition qui sont la tension électrique relative à la résistivité de l’échantillon et la température. Afin de synchroniser les acquisitions réalisées par ces deux systèmes, un signal sinusoïdal fourni par un générateur de signaux est injecté dans ces deux chaînes d’acquisition.
Exploitation des mesures de résistance électrique
Une méthode de mesure et de post-traitement originale est utilisée afin d’aboutir au suivi de la transformation de phase. Lors de cette étude, l’indicateur choisi pour réaliser le suivi de la transformation de phase est la variation de la résistivité en fonction des phases en présence dans l’alliage étudié. L’explication de la démarche que nous avons appliquée est présentée dans cette partie.La tension mesurée, dans la méthode de mesure par quatre points, dépend du courant, constant durant les essais et de la résistance électrique de l’éprouvette. Cette résistance peut varier en fonction de plusieurs facteurs dont nous détaillerons l’étude ci-dessous : En effet, la loi d’Ohm permet d’écrire, U = Ri (2.1) Aussi, la résistance électrique dépend des dimensions de l’éprouvette ainsi que de sa résistivité, ρ : R = L S ρ (2.2) L étant la longueur de l’éprouvette entre les deux points de mesure (Figure 2.4) et S la section de l’éprouvette.