Étude du comportement au fluage de l'alliage 13Cr-4Ni en vue de simuler la redistribution des contraintes résiduelles lors du traitement thermique post-soudage

Le procédé de soudage génère de fortes contraintes résiduelles pendant le processus de fabrication des roues hydrauliques d’acier martensitique 13Cr-4Ni. Un traitement thermique de détente doit être obligatoirement réalisé sur la roue assemblée. Cependant, la complexité de la géométrie et la grandeur de la roue rendent le contrôle en température difficile pour les différentes sections de la roue. Le niveau de contraintes résiduelles en présence après le traitement post-soudage est inconnu du fabricant et il est considéré pour la conception de celle-ci, mais de façon totalement arbitraire. Ce mémoire traite de l’élaboration d’une loi viscoplastique en fluage permettant de simuler la relaxation de ces contraintes résiduelles dans une roue hydraulique. Des essais de fluage ont été menés à la température critique de 620 °C pour différentes charges. À cette température de revenu, le maximum d’austénite de réversion se forme. Cette phase a un effet positif sur la vie en fatigue du matériau. Elle est ductile et peut absorber des impacts sur la roue hydraulique améliorant ainsi la durée de vie de celle-ci. À l’aide de ces essais de fluage, les vitesses de déformation plastique du matériau 13Cr-4Ni en fonction du temps à divers niveaux de contraintes ont été déterminées. Ensuite, un champ de contrainte résiduelle de ± 500 MPa a été introduit dans des éprouvettes de flexion quatre points pour observer la redistribution des contraintes résiduelles suite à différents traitements thermiques typiques à l’aide de la méthode du contour. Différentes combinaisons de traitement thermique (température/temps de maintien) ont été appliquées sur les éprouvettes de flexion : 400 °C/ 0h, 620 °C/ 0h, 620 °C/ 2h et 620 °C/ 48h. Cette démarche expérimentale a démontré que les contraintes résiduelles se redistribuent meme pour une température aussi faible que 400 °C. Le paramètre prédominant pour la redistribution des contraintes a été l’effondrement de la limite d’écoulement vraie du matériau en température. Le traitement thermique 620 °C/ 2h a permis de diminuer au maximum le champ de contraintes résiduelles à ± 90 MPa. De plus, ces essais ont démontré qu’un séjour prolongé à la température critique pouvait mener à une transformation martensitique partielle pendant le refroidissement et induire des gradients de contraintes résiduelles localement