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Comportement et endommagement des alliages d'aluminium 6061-T6 : approche micromécanique / Yang Shen ; sous la direction de Jérôme Crépin

Auteur principal : Shen, Yang, 1985-...Auteur secondaire : : Crépin, Jérôme, Directeur de thèse, Membre du juryAuteur secondaire collectivité : École nationale supérieure des mines, Paris, Organisme de soutenance;École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur, Paris, Ecole doctorale associée à la thèse;ENSMP MAT, Centre des matériaux, Evry, Essonne, Laboratoire associé à la thèsePublication : 2012Classification : 620Résumé : L'alliage d'aluminium 6061-T6 a été retenu pour la fabrication du caisson-coeur du futur réacteur expérimental Jules Horowitz (RJH). L'objectif de cette thèse est de comprendre et modéliser le comportement et l'endommagement de cet alliage en traction et en ténacité, ainsi que l'origine de l'anisotropie d'endommagement. Il s'agit de faire le lien entre la microstructure et l'endommagement du matériau à l'aide d'une approche micromécanique. Pour ce faire, la microstructure de l'alliage, la structure granulaire et es précipités grossiers ont été caractérisés en utilisant des analyses surfaciques (Microscopie Électronique à Balayage) et volumiques (tomographie/laminographie X). Le mécanisme d'endommagement a été identifié par des essais de traction sous MEB in-situ, des essais de tomographie X ex-situ et des essais de laminographie X in-situ pour différents taux de triaxialité. Ces observations ont notamment permis de montrer que la germination des cavités sur les précipités grossiers de type Mg2Si est plus précoce que sur les intermétalliques au fer. Le scénario identifié et les grandeurs mesurées ont ensuite permis de développer un modèle d'endommagement couplé, basé sur l'approche locale de la rupture, de type GTN intégrant la germination, la croissance et la coalescence des cavités. Le lien entre l'anisotropie d'endommagement et de forme/répartition des précipités a pu être montré. Cette anisotropie microstructurale modifie les mécanismes : Pour une sollicitation dans le sens long l'endommagement est majoritairement intergranulaire alors que dans le sens travers on observe un endommagement mixte intergranulaire et intragranulaire. La prise en compte des mesures de l'endommagement dans la simulation a permis d'expliquer l'anisotropie d'endommagement. Ce travail servira de référence pour les études futures qui seront menées sur le matériau irradié.; The AA6061-T6 aluminum alloy was chosen as the material for the core vessel of the future Jules Horowitz testing reactor (JHR). The objective of this thesis is to understand and model the tensile and fracture behavior of the material, as well as the origin of damage anisotropy. A micromechanical approach was used to link the microstructure and mechanical behavior. The microstructure of the alloy was characterized on the surface via Scanning Electron Microscopy and in the 3D volume via synchrotron X-ray tomography and laminography. The damage mechanism was identified by in-situ SEM tensile testing, ex-situ X-ray tomography and in-situ laminography on different levels of triaxiality. The observations have shown that damage nucleated at lower strains on Mg2Si coarse precipitates than on iron rich intermetallics. The identified scenario and the in-situ measurements were then used to develop a coupled GTN damage model incorporating nucleation, growth and coalescence of cavities formed by coarse precipitates. The relationship between the damage and the microstructure anisotropies was explained and simulated..Thèse : .Sujet - Nom d'actualité : Aluminium -- Alliages ;Micromécanique (physique du solide) -- Thèses et écrits académiques ;Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus) -- Thèses et écrits académiques Ressource en ligneAccès au texte intégral | Accès en ligne | Accès en ligne
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Ecole(s) Doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)

Partenaire(s) de recherche : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne) (Laboratoire)

Autre(s) contribution(s) : Thomas Pardoen (Président du jury) ; Jérôme Crépin, Jacques Besson, Patrick-Marie Lemoine, Thilo Morgeneyer, Jérôme Garnier (Membre(s) du jury) ; Eric Maire, Alexis Deschamps (Rapporteur(s))

Thèse de doctorat Sciences et génie des matériaux Paris, ENMP 2012

L'alliage d'aluminium 6061-T6 a été retenu pour la fabrication du caisson-coeur du futur réacteur expérimental Jules Horowitz (RJH). L'objectif de cette thèse est de comprendre et modéliser le comportement et l'endommagement de cet alliage en traction et en ténacité, ainsi que l'origine de l'anisotropie d'endommagement. Il s'agit de faire le lien entre la microstructure et l'endommagement du matériau à l'aide d'une approche micromécanique. Pour ce faire, la microstructure de l'alliage, la structure granulaire et es précipités grossiers ont été caractérisés en utilisant des analyses surfaciques (Microscopie Électronique à Balayage) et volumiques (tomographie/laminographie X). Le mécanisme d'endommagement a été identifié par des essais de traction sous MEB in-situ, des essais de tomographie X ex-situ et des essais de laminographie X in-situ pour différents taux de triaxialité. Ces observations ont notamment permis de montrer que la germination des cavités sur les précipités grossiers de type Mg2Si est plus précoce que sur les intermétalliques au fer. Le scénario identifié et les grandeurs mesurées ont ensuite permis de développer un modèle d'endommagement couplé, basé sur l'approche locale de la rupture, de type GTN intégrant la germination, la croissance et la coalescence des cavités. Le lien entre l'anisotropie d'endommagement et de forme/répartition des précipités a pu être montré. Cette anisotropie microstructurale modifie les mécanismes : Pour une sollicitation dans le sens long l'endommagement est majoritairement intergranulaire alors que dans le sens travers on observe un endommagement mixte intergranulaire et intragranulaire. La prise en compte des mesures de l'endommagement dans la simulation a permis d'expliquer l'anisotropie d'endommagement. Ce travail servira de référence pour les études futures qui seront menées sur le matériau irradié.

The AA6061-T6 aluminum alloy was chosen as the material for the core vessel of the future Jules Horowitz testing reactor (JHR). The objective of this thesis is to understand and model the tensile and fracture behavior of the material, as well as the origin of damage anisotropy. A micromechanical approach was used to link the microstructure and mechanical behavior. The microstructure of the alloy was characterized on the surface via Scanning Electron Microscopy and in the 3D volume via synchrotron X-ray tomography and laminography. The damage mechanism was identified by in-situ SEM tensile testing, ex-situ X-ray tomography and in-situ laminography on different levels of triaxiality. The observations have shown that damage nucleated at lower strains on Mg2Si coarse precipitates than on iron rich intermetallics. The identified scenario and the in-situ measurements were then used to develop a coupled GTN damage model incorporating nucleation, growth and coalescence of cavities formed by coarse precipitates. The relationship between the damage and the microstructure anisotropies was explained and simulated.

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