Introduction to the effect of the screening phenomenon of slip bands within grain microstructure

AbstractThe aim of the current contribution is to compute grain boundary (GB) stress fields and fracture using respectively finite elements (FE) methods and analytical model in the case of several slip bands (SB) impinging the GB. Indeed, local plasticity in thin bands is largely observed during straining of polycrystals. For instance, channels (or clear bands) within grains are observed after post-irradiation tensile loading [Cui et al, 2013]. Slip bands thickness is about 50 nm which is about hundred times higher than the classical pile-up thickness. The intersection of such slip bands (SBs) with grain boundaries (GBs) can trigger microcracks initiation. Then, it is important to propose a fracture criterion for predicting GB microcracks nucleation as SBs impinge GB. Despite of many issuesdevelop pile-up based models of GB stress fields, observations showthat morethan single slip band are observed in real situation.Then, the main carried out tool is the analysis of the screening effects of SB on parameters of early validated single SB model

Modélisation du comportement cyclique des polycristaux métalliques

Le modèle d'homogénéisation à champ moyen de Hill-Hutchinson est utilisé afin de prédire les courbes d'écrouissage cyclique des polycristaux à partir des lois cristallines. La taille de grain affectant peu le comportement cyclique des polycristaux, les paramètres de ces lois sont identifiés grâce aux courbes expérimentales de monocristaux. Différents métaux et alliages à structure cubique à face centrée sont étudiés sur la gamme de température 4K-873K. Les courbes macroscopiques prédites sont comparées aux résultats de calculs par éléments finis cristallins et aux courbes expérimentales

Modelling of necking during creep of grade 91 steel

International audienceThis paper addresses a necking model used for predicting creep lifetimes of Grade 91. Creep results from more than 15 tests at 500-600°C on Grade 91 are used. One of them fractured after 160×103h at 500°C. Hart's necking model using the Norton power-law rule correctly predicts lifetimes up to 60×103h at 500°C. However, it overestimates lifetimes in all other loading conditions. The necking model including material creep softening, appearing during the tertiary stage, predicts lifetimes differing from the experimental results by less than 20% for lifetimes up to 160×103h at 500°C and 50% up to 94×103h at 600°C. These predictions are reasonable with respect to experimental scatter. The model predicts the time evolution of the necking section in agreement with an interrupted creep test at least up to 75% of the experimental lifetime. Two lifetime predictions are deduced from this necking model. For a large number of tempered martensitic steels, these two criteria bound the experimental lifetimes up to 200×103h at 500-700°C

Comportement mécanique à haute température des aciers martensitiques revenus pour application aux réacteurs à neutrons rapides

National audienceLa conception du futur réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium (SFR) a motivé de nombreuses études sur le comportement en fatigue, fluage et fatigue-fluage à haute température d'aciers martensitiques revenus (450-600°C). Depuis les années 80, l'instab ilité de leur microstructure dans certaines conditions de chargement (fatigue, fluage) a été mise en évidence dans la littérature. Cette instabilité conduit à un adoucissement qu'il convient de comprendre et de prédire. Nous avons particulièrement étudié l'effet des chargements caractéristiques des conditions en service auxquelles seront soumis les composants du réacteur SFR (faibles amplitudes de déformation cycliques, longues durées de vie en fluage), pour lesquelles les données expérimentales sont rares. Des évolutions microstructurales et un adoucissement notable ont été mis en évidence dans ces conditions. Des modèles micromécaniques basés sur les densités de dislocations continus permettent de prédire qualitativement un grand nombre des phénomènes observés

High temperature mechanical strength and microstructural stability of advanced 9-12%Cr steels and ODS steels

International audienceThe present study proposes a comparison between several martensitic and ferritic steels in terms of creep strength and cyclic softening effect. The damage mechanisms are identified using fractographic observations and the microstructural evolutions are observed by TEM. The effects of a modified chemical composition on the high temperature mechanical behaviour are studied

Striction de l'acier 9Cr-1Mo modifié sollicité en fluage

Nous étudions le fluage d'un acier 9%Cr-1%Mo modifié (de type P91) en fonction de la contrainte et de la température. Parmi les nombreux essais menés entre 475 et 600°C, l'un a donné lieu à rupture à 160000h à 500°C et un autre à 94000h à 600°C. Le modèle d'instabilité viscoplastique de Hart couplé à la loi de Norton permet de décrire l'évolution temporelle de la section en striction jusqu'à rupture. Le modèle prédit correctement les durées de vie pour les essais moins longs à basse température et les surestime pour les hautes températures

Influence de l'élasticité et de la plasticité cristallines sur la distribution des champs mécaniques à la surface des polycristaux

Cette étude vise, par une modélisation par éléments finis 3D, à évaluer les dispersions des champs mécaniques entre grains de surface d'un polycristal en acier inoxydable austénitique type AISI 316LN, en fonction de l'orientation du grain (configuration inter-orientations) et en fonction des orientations des grains environnants (configuration intra-orientation). Le comportement des grains est caractérisé par une élasticité linéaire, isotrope ou anisotrope (élasticité cubique), et une plasticité cristalline à écrouissage plus ou moins prononcé (structure Cubique à Face Centrée, écrouissage monotone ou cyclique). On montre que : - les amplitudes des distributions calculées en régime purement élastique sont supérieures ou égales que celles obtenues en régime élasto-(visco)plastique pour des déformations macroscopiques de plus 1%. L'effet de l'anisotropie de l'élasticité cristalline sur les champs locaux est sensible jusqu'à une déformation macroscopique de l'ordre de 0.2 % à 1% selon l'écrouissage macroscopique. - les distributions intra-orientation sont au moins aussi dispersées que les distributions inter-orientations

Influence of strain rate on P92 microstructural stability during fatigue tests at high temperature

International audience9-12%Cr creep-resistant ferritic-martensitic steels are candidates for structural components of Generation IV nuclear power plants. However, they are sensitive to softening during fatigue and creep-fatigue loading. To better understand softening mechanisms in ASTM Grade 92, fatigue tests were carried out at 823 K at various strain amplitudes. Two different values of the strain rate (2 10−3 s−1 and 10−5 s−1) were used for one strain amplitude. The softening behavior is mainly due to microstructural evolution. Examination of fractured specimens (hardness tests, TEM) shows an influence of strain rate on both increase in subgrain size and decrease in free dislocation density during cycling. Study of the evolution of isotropic, kinematic and viscous contributions to stress during fatigue tests shows a decrease in the kinematic contribution during cycling. A simplified mean field polycrystalline model based on subgrain growth is proposed in order to account for this strain rate effect. Potential impact on further creep resistance behavior is discussed

Polycrystal homogenization modelling accounting for slip band localization in irradiated metals and alloys

International audienceThe effect of irradiation on the microstructure of metallic materials has been widely reported in the literature for numerous metals and alloys. Irradiation defects lead to a meaningful increase in yield stress, a decrease in ductility and a decrease in the work-hardening rate [1-3]. Finally, the intense plastic slip localization within thin slip bands called "channels" is often reported, highlighting additionally a lower number of activated slip systems per grain [4]. A polycrystalline homogenization model accounting for the production of channels inside grains is proposed (Figure 1a), as observed experimentally in irradiated ferritic and tempered ferritic-martensitic steels. The implementation of intragranular hardening and softening laws, based on the physical mechanisms of plastic deformation of metals, is proposed. All material parameters are issued from experimental observations (SEM, TEM), dislocation dynamic calculations and single crystal tensile curves, avoiding any inverse parameter identification using experimental polycrystalline curves. Due to the low channel aspect ratio, weak internal stresses inside irradiated polycrystals are computed, and the predictions agree well with experimental observations (very low strain-hardening, Figure 1b, and low number of activated slip systems, Figure 1c)