Issue |
Mater. Tech.
Volume 96, Number 3, 2008
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Page(s) | 135 - 150 | |
Section | Modélisation et simulation / Modelling and simulation | |
DOI | https://doi.org/10.1051/mattech:2008032 | |
Published online | 14 November 2008 |
Apport de la nanoindentation pour la caractérisation d'un cordon de soudure par faisceau d'électrons d'un réservoir d'hydrogène sous pression en alliage d'aluminium
Characterization through nano indentation technique of mechanical properties of an aluminium alloy welded zone for hydrogen storage
1
Institut FEMTO-ST, UMR 6174, Départ. LMARC, Université de Franche-Comté, 24 chemin de l'Epitaphe, 25000 Besançon, France
2
CEA, Centre d' Étude de Valduc, DRMN/SMCM/LCSi, 21120 Is-sur-Tille, France
3
Laboratoire de Chimie Métallurgique des Terres Rares, UPR 209, Bât. F., 2–8 rue Henri Dunant, 94230 Vitry-Thiais, France
Reçu :
25
Avril
2008
Accepté :
11
Juin
2008
On montre dans le présent article ce que peut apporter l'essai de nanoindentation associé à une méthode d'analyse inverse pour l'aide au dimensionnement d'un cordon de soudure par faisceau d'électrons d'un réservoir d'hydrogène sous pression en alliage d'aluminium. Une cartographie des duretés au voisinage de la soudure couvrant le métal de base, les interfaces et la zone fondue met clairement en évidence l'influence du traitement thermique T6 de revenu après soudage, de l'anisotropie initiale du matériau, du diamètre des grains et de la perte en éléments d'alliage (Zn et Mg) sur les propriétés mécaniques locales du cordon. Pour l'état T6 on propose une relation liant la dureté au pourcentage de Zn et au diamètre des grains. De plus, sur des éprouvettes chargées superficiellement en hydrogène on observe un durcissement de l'alliage associé à sa pénétration et se traduisant par une augmentation de la densité des dislocations. On propose une relation liant la dureté à la concentration en H2 ayant pénétré l'alliage. Une analyse inverse en E.F. sur les courbes d'indentation représentatives de chacune des zones caractéristiques de la soudure permet d'ajuster pour chaque zone les paramètres d'une loi de plasticité isotrope. Cependant, pour le métal de base, la courbe de traction ainsi calculée est supérieure à celle mesurée en traction. Cette constatation est certainement liée à la présence de précipités durs affectant les mesures très locales de nanoindentation. Un modèle simple E.F. représentatif de la zone soudée, associé à la loi de comportement élasto- plastique précédemment identifiée sur les différentes zones du cordon, permet de prédire quantitativement la déformation jusqu'à éclatement de réservoirs tests.
Abstract
In this study we use the nanoindentation technique which is a powerful tool to characterise the mechanical properties of a welded bond. The Berkovich indentation has the advantage to test small material volumes compared to the conventional tensile tests. The welded process with electrons beam of hydrogen vessels induces different regions and the aim of this study is to characterize the differences of the mechanical properties of the different zones of the weld. To identify the stress-strain curves of the tested material, F.E. inverse method has been used. After treatment, for one pass, the hardness of the melted zone is greater than those of the base material and for the two passes, the hardness is still lower than those of the base material. The interface zones present a hardness which is always higher than those of the weld. A relation of the Hall-Petch type which correlates the evolution of the hardness with the zinc concentration and the grain size has been proposed. Moreover a relation between the normalized hardness and the hydrogen concentration CH has been found. The parameters of the stress-strain curves of the four regions; base material, interface, one and two passes melted zones, have been deduced. The identified laws are used in a F.E. model of a welded sphere to modelize its radial deformation under internal pressure loading.
Mots clés : Nanoindentation / soudage / alliage d'aluminium / pression d'hydrogène
Key words: Nano indentation / welding / aluminium alloy / hydrogen storage
© EDP Sciences, 2008
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