LA COMPRESSION ISOSTATIQUE A CHAUD DE POUDRES METALLIQUES PERMET DE FABRIQUER DES PIECES COMPLETEMENT DENSES, POUVANT COMPORTER DES GEOMETRIES COMPLEXE IMPOSSIBLE A REALISER PAR USINAGE. CECI PERMET ALORS DE PRODUIRE EN UNE SEULE ETAPE DES PIECES QUI, HABITUELLEMENT, SONT REALISEES PAR FORMAGE ET ASSEMBLAGE. DANS CETTE OPTIQUE, LA FORME DU MOULE DANS LEQUEL EST VERSEE LA POUDRE DETERMINE ENTIEREMENT LA FORME DE LA PIECE FINALE. LA METHODE UTILISEE POUR OPTIMISER LA FORME DU MOULE AFIN D'OBTENIR UNE PIECE AYANT LES COTES DESIREES, EST BASEE SUR LA SIMULATION NUMERIQUE DU CYCLE DE MISE EN FORME. LA VALIDITE DE CE PROCEDE EST DONC BASEE SUR LA VALEUR PREDICTIVE DE LA SIMULATION. L'ETUDE PRESENTEE ICI PORTE SUR LA SIMULATION DE LA DENSIFICATION DE POUDRE DE SUPERALLIAGE BASE NICKEL, LE SY625, DANS UN CONTENEUR EN ACIER DOUX, LE XC18. LA SIMULATION DEMANDE LA CONSTITUTION D'UNE BASE DE DONNEES IMPORTANTE, TANT POUR LA POUDRE QUE POUR LE CONTENEUR. NOUS AVONS TOUT D'ABORD DETERMINE LES PROPRIETES MECANIQUES ET THERMIQUES DEPENDANT DE LA TEMPERATURE POUR LES DEUX MATERIAUX PAR UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ET EXPERIMENTALE. LES LOIS DE FLUAGE DU XC18 ET DU SY625 DENSE ONT ETE DETERMINEES ENTRE 850\C ET 1150\C PAR DES ESSAIS DE COMPRESSION SIMPLE. L'IDENTIFICATION DES PARAMETRES RHEOLOGIQUES DU MODELE VISCOPLASTIQUE DE DENSIFICATION UTILISE, CELUI D'ABOUAF, A ETE REALISEE SUR UNE LARGE GAMME DE DENSITE RELATIVE, ENTRE 75% ET 100% (DENSITE RELATIVE DE REMPLISSAGE : 73%). DEUX PIECES DE VALIDATION ONT ETE FABRIQUEES DANS LE CADRE DE CETTE ETUDE AFIN D'EVALUER LES PERFORMANCES DE LA SIMULATION. LA SIMULATION PAR ELEMENTS FINIS DE LA DENSIFICATION EST REALISEE GRACE AU LOGICIEL PRECAD. LES RESULTATS DE CALCULS EN DEUX OU TROIS DIMENSIONS MONTRENT UNE BONNE PREVISION DES DEFORMATIONS. LE MODELE D'ABOUAF ET LE LOGICIEL PRECAD DANS SA VERSION ACTUELLE SEMBLENT DONC APTE A SIMULER LA DENSIFICATION DE PIECES INDUSTRIELLES A PARTIR DE POUDRE DE SY625. NOUS AVONS ENFIN OBSERVE UNE RECRISTALLISATION DES GRAINS DANS LE SY625 PENDANT LA DENSIFICATION. UN PLAN D'EXPERIENCES NOUS PERMET DE PREVOIR LA FRACTION RECRISTALLISEE DU SY625 ELABORE PAR CIC ET D'EN DEDUIRE SES PROPRIETES EN FLUAGE.

ROLE DE LA STRUCTURE DES SURFACES DE POUDRE AVANT LA COMPACTION ISOSTATIQUE A CHAUD ET SON EVOLUTION AU COURS DE LA CONSOLIDATION. INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES MORPHOLOGIQUES ET MICROSTRUCTURALES SUR LA CINETIQUE DE CONSOLIDATION ET SUR LE COMPORTEMENT MECANIQUE DES MATERIAUX COMPACTES

LES SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL SONT ACTUELLEMENT LES SEULS MATERIAUX POSSEDANT LES CARACTERISTIQUES REQUISES POUR UNE UTILISATION PROLONGEE A TEMPERATURE ELEVEE. CES MATERIAUX SONT NOTAMMENT UTILISES POUR LES DISQUES DE TURBOREACTEURS, LESQUELS ONT NECESSITE LA CREATION DE NOUVEAUX SUPERALLIAGES AINSI QUE L'AMELIORATION DE LEURS PROCEDES D'ELABORATION. APRES L'INFLUENCE DES ELEMENTS CHIMIQUES ENTRANT DANS LA COMPOSITION DE L'ALLIAGE, LE ROLE DU MODE D'ELABORATION SUR LES PROPRIETES MECANIQUES A ETE ETUDIE. AINSI, ON A COMPARE TROIS PROCEDES DE FABRICATION DU MATERIAU, INITIALEMENT OBTENU PAR METALLURGIE DES POUDRES (COMPACTION ISOSTATIQUE A CHAUD/FORGEAGE CONVENTIONNEL/EXTRUSION ET FORGEAGE ISOTHERME). ON CONCLUT A LA FRAGILITE INTERPARTICULAIRE REDHIBITOIRE OCCASIONNEE PAR LE PREMIER PROCEDE, ALORS QUE LE FORGEAGE ISOTHERME PERMET D'OBTENIR UN MATERIAU HOMOGENE. LA RELATION ENTRE LES PROPRIETES MECANIQUES ET LA MICROSTRUCTURE A ENSUITE ETE ETABLIE. ENFIN, L'ENDOMMAGEMENT PAR FLUAGE A ETE ETUDIE. CE MODE DE RUINE SE CARACTERISE PAR L'APPARITION DE CAVITES QUI COALESCENT EN FISSURES. GRACE AUX TECHNIQUES DE MICROSCOPIE A BALAYAGE ET A TRANSMISSION, ON A PU METTRE EN EVIDENCE LES LIENS ETROITS EXISTANT ENTRE COMPOSITION CHIMIQUE, MICROSTRUCTURE ET ENDOMMAGEMENT

L'alliage Norem02 (Fe - 25% Cr - 4% Ni - 4% Mn - 4% Si - 2% Mo - 1,3% C) est utilisé comme revêtements de revêtement dur pour les vannes nucléaires dans les réacteurs à eau sous pression (REP), en raison de sa bonne résistance mécanique et face à la corrosion. Cette alliage est présenté comme étant un acier duplex inoxydable malgré sa forte teneur en carbone. Les revêtements dur de Norem02 sont généralement déposés par un procédé de soudage à l'arc transféré au plasma (PTAW). Une microstructure grossière et hétérogène découle de ce procédé, présentant des propriétés de résistance à l'usure insatisfaisantes, principalement à haute température (T > 180°C). Dans la présente étude, le Norem02 est élaboré par Compression Isostatique à Chaud (CIC), une technique de frittage assisté par pression où une poudre est placée dans un conteneur en acier inoxydable plastiquement déformable dans les conditions de frittage. Ce qui aboutit à l'élaboration de matériaux denses avec une microstructure à grain fin et des propriétés de durabilité améliorées. La CIC peut être utilisée comme technique alternative d'élaboration de revêtement dur si le substrat à revêtir constitue une partie voire l'entièreté du conteneur.La poudre de Norem02 a été frittée pendant 3 heures à 1100°C et 1200 bars dans un conteneur en 304L. La microstructure se compose principalement d'austénite où sont dispersés de fin carbures de chrome de type M23C6 (M = Cr, Mn, Mo) ainsi qu'une faible quantité de ferrite. Malgré une densité mesurée de 100% caractéristique d'un frittage complet, la microstructure de la poudre initiale est toujours visible après le procédé CIC. Cependant, une microstructure présentant plus de défaut et des carbures globulaires s'est formée entre les anciennes particules de poudre.Une zone de transition a été révélée à l'intérieur du Norem02, à proximité de l'interface avec le 304L. Dans cette zone, la microstructure est formée d'une matrice duplex (austénitique / ferritique) et principalement de carbures globulaires de type M23C6.Afin d'étudier les transformations de phase et les mécanismes de densification de la poudre de Norem02, des cycles HIP interrompus à différentes températures (de 800 à 1100°C) ont été réalisés. Les évolutions microstructurales du cœur de l'échantillon et de la zone d'interface avec le conteneur ont été étudiées par des observations optiques, des analyses MEB et EBSD couplées à des caractérisations par diffraction des rayons X. Un test de frittage sous vide sans aucune pression appliquée a également été réalisé, afin de comprendre l'influence de l'application de la pression sur les transformations de phases.L'ensemble des résultats a permis d'améliore sensiblement la compréhension des phénomènes de densification ainsi que l'influence des différents paramètres de frittage sur la microstructure final du matériau fritté. Des résultats préliminaires ont été obtenus concernant les performances tribologiques et mécaniques du matériau. Ces derniers indiquant une amélioration des performances par rapport au procédé d'élaboration initial sur les tests effectués.

Dans le cadre du développement des Réacteurs à Haute Température (RHT), un des systèmes retenus pour la quatrième génération de centrale nucléaire, l'utilisation d'un cycle indirect est envisagée. Ce type d'installation, utilisant de l'hélium comme caloporteur, nécessite un échangeur intermédiaire de chaleur (Intermediate Heat eXchanger, IHX) le plus compact possible entre les circuits primaire et secondaire. Les contraintes imposées par la conception ainsi que les conditions sévères d'utilisation pour ce type d'installation (température maximale 850°C à 950°C, durée de vie 20000 h) ont orienté le choix des matériaux constitutifs de l'IHX vers deux alliages base nickel en solution solide : l'Inconel 617 et le Haynes 230. Le premier matériau a été largement étudié dans les années 1980 lors du projet allemand sur les RHT car possédant de bonnes propriétés mécaniques et en corrosion à haute température mais sa forte teneur en cobalt potentiellement activable est à considérer. Le Haynes 230, plus récent, possède des caractéristiques similaires à celles de l'alliage 617, le cobalt ayant été remplacé par du tungstène. L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement mécanique à haute température de ces deux alliages en relation avec les évolutions de leur microstructure. Les observations microstructurales à l'état de réception révèlent la présence de carbures primaires (M6C), la majorité étant répartie de manière homogène. Des carbures secondaires M23C6, peu nombreux, sont visibles à l'état de réception pour les deux matériaux. Les vieillissements thermiques imposés aux alliages à 850°C permettent une précipitation importante de carbures M23C6 sur les lignes de glissement et aux joints de grains, la taille de ces carbures augmentant et leur nombre réduisant avec la durée de traitement. A 950°C, l'évolution microstructurale conduit à une précipitation intragranulaire beaucoup plus limitée et à une évolution intergranulaire plus importante. Pour les deux matériaux, les observations de la microstructure et les résultats de dureté montrent que la majorité des évolutions microstructurales se produisent avant 1000 h aux deux températures étudiées. Les caractéristiques mécaniques de ces alliages ont été testées en traction, en fluage et en fatigue et fatigue relaxation. En particulier, les propriétés à 850°C et 950°C ont été étudiées pour différentes charges (en fluage), vitesses de déformation (en traction) et durées de relaxation (fatigue relaxation). Les effets d'un traitement initial ont également été étudiés, tels que l'effet d'un vieillissement thermique testé en fluage et traction et l'effet d'une prédéformation sur le fluage. Il ressort de cette étude que différents mécanismes de déformation sont mis en jeu successivement ou en parallèle au cours des essais réalisés. Ainsi, l'importance de la précipitation des carbures sur les propriétés mécaniques de l'Inconel 617 et du Haynes 230 a pu être démontrée, malgré leur statut d'alliages en solution solide. Par ailleurs, un même mécanisme thermiquement activé opère sur une très large gamme de vitesses de déformation, correspondant aux essais de traction, fluage et relaxation. Cette mise en relation entre microstructure et propriétés mécaniques permet de déterminer les avantages de chaque alliage ainsi que leurs limites d'utilisation dans le cadre de la fabrication d'un échangeur de chaleur de centrale nucléaire.

LA COMPRESSION ISOSTATIQUE A CHAUD (CIC) AUX COTES DE POUDRE DE TA6V PEUT ETRE UNE SOLUTION ECONOMIQUE POUR FABRIQUER DES COMPOSANTS COMPLEXES DE MOTEURS AERONAUTIQUES ET SPATIAUX. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE ETAIT DE DEVELOPPER LES OUTILS DE PREDICTION DE LA GEOMETRIE FINALE ET DE LA DENSITE FINALE DE TELLES PIECES. DANS UN PREMIER TEMPS, LES LOIS DE COMPORTEMENT VISCOPLASTIQUES DES MATERIAUX DE MOULE (304L, XC18) ET DU TA6V PUIS LES FONCTIONS RHEOLOGIQUES DE LA POUDRE ONT ETE DETERMINEES EXPERIMENTALEMENT A L'AIDE D'ESSAIS DE C.I.C. INTERROMPUS ET DE COMPRESSION UNIAXIALE. UN ENSEMBLE COHERENT DE DONNEES MATERIAUX A ETE AINSI OBTENU DANS UNE GAMME DE VITESSE DE DEFORMATION (10#-#5 A 10#-#3 S#-#1) TYPIQUE DU PROCEDE DE C.I.C. MAIS INTERMEDIAIRE ENTRE CELLE DU FLUAGE ET DU FORGEAGE. NOUS AVONS ENSUITE FABRIQUE TROIS PIECES DE VALIDATION, DEUX AXISYMETRIQUES ET UNE TRIDIMENSIONNELLE. DES MESURES DE DENSITES RELATIVE ET DE DIMENSIONS DE CES TROIS PIECES ONT ETE REALISEES. EN PARALLELE DES SIMULATIONS NUMERIQUES ONT ETE EFFECTUEES EN UTILISANT UN CODE AUX ELEMENTS FINIS BIDIMENSIONNEL, COMPACT2, ET LES LOIS DE COMPORTEMENT DETERMINEES PRECEDEMMENT. LES DIFFERENCES ENTRE LES GEOMETRIES MESUREES ET MODELISEES SONT EN GENERAL FAIBLES ET VALIDENT L'UTILISATION DE LA LOI D'ABOUAF POUR REPRESENTER LE COMPORTEMENT DE LA POUDRE DANS LE CAS DES PIECES INDUSTRIELLES CONSIDEREES