Cyclage thermomécanique d'un acier inoxydable austénitique à haute température : influence sur le vieillissement et le comportement mécanique. Caractérisations expérimentales et modélisations.

Les aciers inoxydables austénitiques sont utilisés dans de nombreuses applications. L'alliage 310S possède des teneurs en chrome et en nickel particulièrement élevées qui lui confèrent une excellente résistance pour les utilisations à hautes températures. Néanmoins, pour des applications combinant cyclage thermique et chargement mécanique, la prédiction de la durée de vie des pièces est délicate. En effet, si de nombreuses données sont disponibles dans la littérature concernant le vieillissement et le fluage isotherme des aciers austénitiques, celles dédiées aux sollicitations couplées sont très rares et s’avèrent insuffisantes pour rendre compte des phénomènes macroscopiques observés industriellement. Une étude a donc été menée pour comprendre les mécanismes mis en jeu. Le vieillissement d’un acier 310S a été exploré pour plusieurs cycles thermiques à 870°C. Les microstructures obtenues ont été caractérisées par différents moyens expérimentaux. L’effet critique du cyclage thermique sur la germination et la croissance des précipités a été quantifié mettant en évidence une accélération de la germination de la phase sigma. D’autre part, des essais mécaniques à 20, 650, 780 et 870°C ont été réalisés sur une large plage de contraintes. Les résultats confirment la forte influence de la modification de la microstructure sur les propriétés élastiques et sur celles en fluage. L’augmentation conjointe du module d’Young, de la limite à rupture et des vitesses de fluage a été observée. La prédiction de la durée de vie de composants subissant des cyclages thermomécaniques doit donc tenir compte de l’évolution de la microstructure. Ces travaux aboutissent donc à une double modélisation qui permet, d’une part, de décrire la cinétique de transformation de phase et, d’autre part, de prédire les vitesses de fluage de l’acier 310S, en isotherme comme en cyclage thermomécanique, dans des conditions représentatives des conditions de service des pièces industrielles.