Soutenance de thèse : Emilien GUY

Influence de la précipitation grossière sur les propriétés d'aciers nano-renforcés

Doctorant : Emilien GUY

Laboratoire : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : n°34 ML - Matériaux

Les aciers ODS (aciers renforcés par dispersion nanométrique d'oxydes), produits par métallurgie des poudres, sont des candidats prometteurs en tant que matériaux de gainage pour les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium. Ces matériaux renforcés par des oxydes nanométriques Y­ Ti-0, présentent ainsi une stabilité dimensionnelle sous irradiation améliorée tout en gardant une bonne tenue mécanique en température. Leur élaboration par métallurgie des poudres induit toutefois des pollutions en oxygène, azote et carbone. Dans ces matériaux, la précipitation nanométrique est primordiale pour garantir de bonnes propriétés ; toutefois, la précipitation plus grossière, notamment composée de précipités riches en carbone, la teneur en cet élément étant involontairement accrue durant les étapes d'élaboration, peut impacter les propriétés finales. Quatre nuances modèles d'aciers ODS, variant par leur teneur en chrome (9% ou 14% en masse) et carbone (teneur faible ou élevée), ont été fabriquées par métallurgie des poudres et consolidées par Compaction Isostatique à Chaud (CIC). Les caractérisations microstructurales (MEB, EBSD) ont révélé deux types de microstructures dans ces aciers ODS: bimodale (grains submicroniques et microniques) pour trois nuances, et pour la nuance restante homogène du fait de l'existence d'une transformation austénitique lors de la chauffe, ce qui permet une reformation de grains tins homogènes au refroidissement. L'analyse des précipités par DRX et MEB-EDS montre des carbures M23C6 riches en M = Cr, Fe, W présents dans les nuances ODS riches en carbone, notamment en position intergranulaire, tandis que les nuances à faible teneur en C n'en contiennent pas. Des nana-oxydes sont présents dans toutes les nuances d'après les analyses SAXS et SAT, avec un rayon d'environ 1,5 nm et une densité supérieure à 1023 m-'. Les essais mécaniques (traction, fluage, résilience, ténacité) montrent que le carbone influe négativement sur l'allongement à rupture en traction et sur la résilience, mais semble améliorer la résistance au fluage, ce qui est inattendu. L'endommagement a été caractérisé par des analyses microscopiques conventionnelles et par l'apport de techniques corrélatives comme de la traction in situ MEB couplée à de la nana-tomographie. Cette dernière a permis de mettre en évidence la présence de cavités aux abords des précipités de carbone en 3D. Ces carbures forment des réseaux complexes dans la microstructure, qui semblent améliorer les propriétés en fluage.