[PDF] Influence dun traitement mécanique de nanocristallisation

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Thèse

de doctorat de lUTT

Souhail BEN AFIA

Influence d'un traitement mécanique

de nanocristallisation superficielle (SMAT) sur l'oxydation

à hautes températures de l'acier 316L

Spécialité :

Systèmes Mécaniques et Matériaux

2016TROY0007 Année 2016

THESE pour l'obtention du grade de

DOCTEUR de l'UNIVERSITE

DE TECHNOLOGIE DE TROYES

Spécialité : SYSTEMES MECANIQUES ET MATERIAUX présentée et soutenue par

Souhail BEN AFIA

le 26 avril 2016 Influence d'un traitement mécanique de nanocristallisation superficielle (SMAT) sur l'oxydation à hautes températures de l'acier 316L JURY M. T. MONTESIN PROFESSEUR DES UNIVERSITES Président M. J.-L. GROSSEAU-POUSSARD PROFESSEUR DES UNIVERSITES Examinateur

M. V. JI PROFESSEUR DES UNIVERSITES Rapporteur

M. B. PANICAUD PROFESSEUR DES UNIVERSITES Directeur de thèse Mme D. RETRAINT PROFESSEUR DES UNIVERSITES Directeur de thèse M. L. THILLY PROFESSEUR DES UNIVERSITES Rapporteur

Personnalité invitée

M. M. MICOULAUT PROFESSEUR DES UNIVERSITES

Résumé

Résumé en Français

316L. Cette étude a permis de comparer la composition et la morphologie des couches

†ï'š'†‡•, la cinétique d'oxydation, les mécanismes de croissance et les contraintes

résiduelles sur les surfaces des pièces traitées et oxydées à différentes températures. Ces

chromine dès 700°C. Ceci nous a amenés à conclure que le procédé SMAT utilisé sur le

ainsi été proposé et le rôle de la densité des joints de grains introduits par le traitement

a été explicité. Pendant ce travail, il a également été proposé un chaînage numérique

complet qui prendrait en compte les paramètres du procédé et les propriétés

mécaniques du matériau, afin de prévoir les caractéristiques de la nanostructure

hautes températures. Mots clés : Oxydation - Traitement de surface - Matériaux nanostructurés - Acier inoxydable austénitique - Contraintes résiduelles Simulation par ordinateur

Résumé en Anglais

This work aims at highlighting the impact of the SMA process (Surface Mechanical Attrition Treatment) on the oxidation resistance of steels of type AISI 316L. This study compares the composition and morphology of the oxide layers, the oxidation kinetics, the growth mechanisms and the residual stresses on the surface of treated and oxidized samples at different temperatures. These observations show a beneficial effect of the SMA process on the oxidation resistance of the 316L steel for high temperatures. Indeed, the oxidation kinetics of the treated samples is shown to be related to a preferential growth of chromia starting at 700°C. This led us to conclude that the SMAT used on the

316L reverses the main oxide phase, inhibiting the growth of the hematite and

promoting the chromia. An oxidation scenario for untreated and SMATed steel samples is proposed, demonstrating the role of the density of the grain boundaries introduced by the mechanical treatment. During this work, a comprehensive numerical chaining process is proposed. It takes into account the process parameters and mechanical properties of the material, in order to predict the characteristics of the nanostructure generated by SMAT, that could influence the oxidation of this stainless steel at high temperatures. Keywords: Oxidation - Surface preparation - Nanostructured materials - Austenitic stainless steel - Residual stresses - Computer Simulation

Remerciements

Remerciements

Ces travaux se sont déroulés au sein du Laboratoire des Systèmes Mécaniques et

d}µš [}OE, i[OE µv ššvš]}v ‰OEš]µo]OE µ µ} 'µ] ]OE]P šš šZ.

Retraint pour leur encadrement, implication et soutien sans faille. Merci à vous deux de Je remercie Monsieur Tony MONTESINUWOE}(µOEo[hv]ÀOE]š ourgogne, pour o[Z}vvµOE'µ[]ou[(]šv‰švš prendre part à ce jury et le présider. [š}µoš]šOE'µiš]vOEuOE]OED}v]µOEJean Luc Grosseau-Poussard,

uuOE iµOEÇ š ‰}µOE u[À}]OE µ]lli au sein de son équipe, ainsi que pour sa

disponibilité et son aide précieuse. :[OE Pouvš u ]vOE OEuOE]uvš D}v]µOE >µ}À] dZ]ooÇ,

Professeur à o[Université de Poitiers et à Monsieur Vincent Ji, Professeur à o[Université Paris-

Sud 11, pour avoir accepté de porter la critique sur ce travail en tant que rapporteurs, de s[être intéressés à mon travail et pour leurs šOEÀµAE[AE‰OEš].

Je remercie Monsieur Matthieu Micoulaut, Pr}(µOE o[hv]ÀOE]š WOE] ò, pour

o[Z}vvµOE 'µ[]o u[ (]š v ‰švš ‰OEvOEpart à ce jury et ‰}µOE o[]vš OE!š 'µ[]oa

š u}]Pv o[ POEµšOEÀ]oOE o] X

Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Arjen Roos, Emmanuelle Rouhaud, Bruno

Guelorget, Mahdi Chemkhi et Léa Lejoncour pour le šu‰'µ[]o}vš}vOE u(}OEuOE

sur les différentes techniques expérimentales et numériques utilisées dans ce travail et pour

o[]vš OE!š'µ[]o}vš‰}OEš šš šµX o[ensemble de son personnel pour la super bonne humeur qui y règne : Donato, Jawad, Bruno, Nicole, Pierre Antoine, Jérôme, Houssem, Carl, manuel, JawharY, ainsi que mes

collègues }š}OEvš'µi[]€š}Ç s : Intissar, Dali, Daniella, Maxime, Vincent... À cette

o}vPµ o]š [i}µš o[vuo ‰OE}vv o[UTT 'µ i[ai aussi eues le plaisir de

rencontrer : Pascale, Roy, Nancy, Abdelghani, Malek, Rana, les Ali, Y]vYXX toujours fait confiance et qui ont fait preuve de soutien, de compréhension et surtout de

patience. Je les remercie chaleureusement pour les encouragements qu[ils u[‰‰}OEšvš

Remerciements

À mes parents,

À mes Frères,

uˆµOE.

Nomenclature

Nomenclature

Symboles

Définition

Unité SI

S mG 2.cmg 1K

12..scmg

MpK

142..scmg

M 1qC

E '† - Ž‡†ï' - ‰MPa

v

Sans unité

M

1.molg

U 3.cmg elH

Sans unité

vpH

Sans unité

crH

Sans unité

thV MPa crV MPa PA ).(0.5sm oxD 1m J )(11˜sPa

N Sans unité

nV 1.sm 0V 1.sm moyV 1.sm 0C

Sans unité

A ...u

Ø mm

m g F kHz d ...u tU 2mm

Nomenclature

wU 2mm cU 2mm

Sans unité

Sans unité

L Sans unité

J Sans unité

Indices

Définition

Acronymes

Définition

Table de matières

Table de matières

5. Nanocristallisation superficielle de l'acier inodžydable 316L par application du SMATYYYXquotesdbs_dbs27.pdfusesText_33

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