Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Liaison BiMétallique“

Ce travail est consacre a la comprehension et a la modelisation du comportement mecanique des liaisons bimetalliques non fragiles, pouvant etre obtenues par exemple par soudage diffusion dans un cycle de compaction isostatique a chaud. Les etudes experimentale et numerique sont menees conjointement, de facon a definir comment intervient ce type de liaisons dans les essais mecaniques. Des essais de traction simple, traction entaillee et resilience sont realises sur une jonction entre deux superalliages base nickel n18/sy625. Ils mettent en evidence une resistance et des allongements a rupture importants (traction simple), ainsi qu'une influence primordiale de la position entaille/interface (traction entaillee). L'approche numerique exploite l'existence, au point d'emergence de la liaison bimateriau, d'une singularite qui, malgre son ordre faible pour le cas des jonctions bimetalliques en elastoplastique, joue encore un role primordial. Notre modele, base sur l'hypothese d'une liaison parfaite (sans defaut) entre deux monomateriaux homogenes, permet de retrouver avec une bonne concordance les resultats experimentaux. En raisonnant sur les deformations plastiques seules, il montre que les ruptures bimateriaux interviennent lorsque le niveau critique d'un des monomateriaux formant la liaison est atteint. On evalue alors l'influence de la geometrie (angle d'emergence, position entaille/interface), ainsi que celle des differences de proprietes plastiques, sur la localisation des amorcages de rupture en traction.

Le travail porte sur des jonctions bimétalliques obtenues par soudage-diffusion. Les joints étudiés sont des assemblages entre l'acier de cuve faiblement allié 16mnd5 et l'acier inoxydable 316ln. L'objectif principal de l'étude est la mise en oeuvre d'une méthodologie d'essais pour caractériser la résistance à la rupture de ce type de jonction. Le sujet comporte deux aspects essentiels. Tout d'abord, une étude metallurgique des joints permet d'identifier la nature et le rôle des phases et des particularités microstructurales en présence à la jonction 316ln/16mnd5. Cette étude permet de développer des techniques de caractérisation propres aux jonctions bimétalliques de ce type (met, sdl, nra, analyse d'images). Ensuite, une caractérisation mécanique de l'endommagement à l'aide d'éprouvettes axisymetriques entaillées a permis de définir et de comprendre les mécanismes de rupture de ces liaisons. La rupture interfaciale des joints provient de l'apparition, après soudage, d'inclusions d'oxydes à l'interface originelle, ce qui est un phénomène inhérent à ce type d'assemblage. L'utilisation du calcul par élément finis, prenant en compte les gradients de comportement dus à la diffusion du carbone a permis d'appliquer des modèles de l'approche locale de la rupture ductile (Gurson, Thomason) afin de modéliser l'endommagement au jonctions bimétalliques. Ces modèles permettent de prévoir les déformations à rupture et de simuler la dispersion expérimentale de ces déformations à rupture à partir de l'hétérogénéité de distribution des inclusions a l'interface. L'ensemble de la méthodologie demeure transposable à d'autre types de joints et de sollicitations.

Les liaisons bimetalliques soudees concernees par cette etude interessent les assemblages par soudage des tubulures de cuve en acier faiblement allie 16mnd5 et des tuyauteries en acier austenitique 316 du circuit rep. Certaines de ces liaisons presentent en peau externe des defauts intergranulaires en premiere couche de beurrage qui n'apparaissent que lorsque la structure de cette premiere couche est purement austenitique. Les materiaux assembles ayant des coefficients de dilatation tres differents, nous avons suppose que la fatigue thermique pouvait etre responsable de la presence de ces defauts. Aussi, afin de tester cette hypothese et estimer le degre de nocivite de la structure austenitique, nous avons etudie une liaison bimetallique presentant une structure austenitique en premiere couche et avons simule la fatigue thermique par de la fatigue oligocyclique a 320c. Nous nous sommes attaches a decrire les transformations metallurgiques induites par le caractere heterogene de l'assemblage. De nombreuses discontinuites ont ainsi pu etre mises en evidence au niveau de l'interface metal de base/premiere couche de beurrage : discontinuites chimiques, microstructurales et cristallographiques. Une analyse des conditions de solidification imposees par le caractere heterogene de la liaison a ete proposee permettant de rendre compte des phenomenes observes. D'un point de vue mecanique, il semble que ces heterogeneites aient peu d'influence sur la tenue en fatigue de la liaison. Quel que soit le mode de sollicitation envisage, nous ne recreons pas les decohesions intergranulaires observees sur site. Une modelisation par elements finis a ete menee pour determiner la repartition de la deformation plastique cumulee et expliquer la presence d'une zone sans bandes de glissements apparentes au niveau de l'interface, cote beurrage.

Les conditions de fonctionnement à température relativement élevée de la cuve du réacteur d’une centrale EPR conduisent à une modification des propriétés mécaniques des matériaux, notamment celles des soudures (ou liaisons) BiMétalliques entre la cuve et le système de refroidissement primaire. La possible fragilisation de ces liaisons induite par ce vieillissement dit « thermique » doit rester mineure et ne pas remettre en question le cahier des charges du matériau. La fragilisation par vieillissement thermique des aciers est généralement associée à la ségrégation des atomes de phosphore aux joints de grains. Notre étude a consisté à caractériser à l’échelle atomique l’évolution du matériau dans la zone affectée thermiquement des liaisons BiMétalliques au cours d’un vieillissement thermique, en relation avec les propriétés mécaniques de ces soudures. La sonde atomique tomographique a été utilisée pour étudier quantitativement la ségrégation aux joints de grains des éléments d’addition et des impuretés, ainsi que leur redistribution atomique (précipitation, diffusion…) en volume ou sur les défauts étendus, en fonction des conditions de vieillissement thermique (température et durée de recuit). Les résultats montrent que, dans la zone affectée thermiquement des liaisons BiMétalliques, le vieillissement thermique conduit à la ségrégation des éléments d’addition et des impuretés, dont le phosphore, mais aussi à la précipitation d’agrégats de tailles nanométriques dans les joints de grains
The working conditions at relatively high temperature of the EPR vessel lead to the modification of mechanical properties of involved materials, such as that of dissimilar metal welds used to connect the reactor vessel and the cooling system. The possible embrittlement resulting from this thermally-induced ageing process must be negligible compared to the specifications of the material. Steel embrittlement via thermal ageing is generally associated with grain boundary segregation of phosphorus atoms. In the present study, the atomic-scale evolution of the material in the heat-affected zone of dissimilar metal welds was characterized as a function of thermal ageing conditions, in relation with their mechanical properties. Atom probe tomography was used to quantitatively study the grain boundary segregation of alloying elements and impurities, as well as their redistribution (precipitation, diffusion…) in bulk or in extended defects, as a function of ageing conditions (temperature and time). The results show that in the heat-affected zone of dissimilar metal welds, thermal ageing leads to the segregation of alloying elements and impurities, such as P, as well as the precipitation of nano-clusters in grain boundaries

L’intégrité d’une structure est confirmée lorsque, pour toutes les conditions de fonctionnement, nominales ou accidentelles, celle-ci est apte à remplir ses fonctions mécaniques, et ce, pour toute sa durée de vie. Pour les composants les plus sensibles, la sureté nucléaire impose que la présence de défauts potentiels tels que des fissures soit envisagée et prise en compte lors de la conception afin d’assurer une tolérance aux grands défauts. Cette thèse contribue à la démonstration de l’intégrité du circuit primaire de refroidissement de l’EPR, réacteur de dernière génération développé par AREVA. On trouve, sur ses circuits de tuyauterie, des changements de matériaux qui nécessitent la mise en place de liaisons soudées bimétalliques. Démontrer la résistance à la rupture de ces soudures en faisant l’hypothèse de la présence de défauts tels que des fissures de surface fait partie intégrante du processus de dimensionnement, de validation de la conception et donc de la démonstration de l’intégrité des structures. Afin d’y parvenir, un modèle probabiliste assez simple pour être mis en œuvre par des industriels est exploité. Celui-ci présente un intérêt particulier puisqu’il est possible d’identifier ses paramètres à partir d’essais sur éprouvettes et de l’utiliser dans le cadre d’une étude sur structure dans la transition fragile-ductile. Deux cas de défaut conventionnel sont alors considérés, à savoir une fissure située sur une tubulure de circuit primaire et une autre située au niveau de la liaison bimétallique. Dans un premier temps, des essais de rupture sur éprouvettes sont menés afin de mieux appréhender la résistance à la rupture de la liaison soudée. Puis, dans le cadre d’une étude générique par calculs aux éléments finis, les probabilités de rupture associées à cette dernière sont comparées à celles de la tubulure en acier ferritique, elle-aussi sensible à la rupture brutale de par sa structure métallurgique. Finalement, cette confrontation montre, qu’à chargement équivalent, la liaison bimétallique a une bien meilleure résistance à la rupture que la tubulure en métal de base
The integrity of a structure is confirmed when, for all the operating conditions, nominal or accidental, the structure is able to achieve its mechanical functions, during its whole life cycle. For the most sensitive components, the nuclear safety authority requires conventional defects such as cracks to be considered within the design phase in order to ensure that these structures are tolerant to large defects. This thesis contributes to the demonstration of the main coolant line integrity of the EPR, the latest generation of reactor developed by AREVA. This piping system is composed of different materials and dissimilar metal welds (DMW) are needed. To demonstrate the fracture resistance of those welds taking into account large defects is part of the design process, as well as its validation and the demonstration of the integrity. To reach this goal, a probabilistic model, handy for industrials, is used. The first interest of this model is that it is possible to determine its parameters with tests on laboratory specimens and apply it directly to a structure case in the brittle to ductile transition. For that purpose, two cracks are considered, one in the ferritic base metal pipe of the main coolant line and another one located at the DMW. First, fracture tests are performed on specimens to better understand the fracture resistance of the weld. Then, based on finite elements analyzes, fracture probability occurrence of the DMW is compared to the one of the ferritic pipe, also sensitive to cleavage because of its metallurgical structure. Finally, this comparison shows that, for an equivalent mechanical loading, the DMW has a much better fracture resistance than the base metal pipe

Ce mémoire rapporte un ensemble de résultats qui concernent la réactivité de complexes monohydruro dérivés du tantalocène. En milieu acide, ils conduisent à des complexes cationiques [Cp2Ta(L)H2]+X- qui pour certains d'entre eux [L=P(OR)3] présentent une constante de couplage 2JHH très élevée (80 Hz) : une étude spectroscopique permet de conclure à une structure classique de type hydruro (mesure de T1, couplage H-D). Par réaction avec des chloro ou des dichlorophosphines, les complexes monohydruro Cp2Ta(L)H et trihydruro Cp2TaH3 conduisent à deux types de métalloligands Cp2Ta(L)PRR' et Cp2Ta(H2)PRR'. Ces métallophosphines sont des precurseurs de systèmes bimétalliques monopontes (pont phosphido) ou bipontes ( phosphido-H et phosphido-CO). Le système phosphido-CO présente, de plus, une liaison entre les deux éléments métalliques. Plusieurs complexes bimétalliques ont fait l'objet d'une analyse cristallographique. Une étude stéréochimique a été réalisée sur plusieurs exemples de complexes chiraux. Lorsque l'atome de phosphore est le centre d'asymétrie, on observe une faible stéréostabilité de l'édifice chiral : par contre, lorsque l'atome de tantale est le centre de chiralite, les complexes sont stéréostables et peuvent etre isolés sous forme de diastéréoisomères. Ces observations permettent de proposer une méthode de dédoublement pour ces complexes à chiralité centrométallée.

Les liaisons bimétalliques en acier inoxydable (LBM inox) permettent, au sein des réacteurs nucléaires français actuels, de connecter les gros composants en acier ferritique faiblement allié (cuve, pressuriseur, générateur de vapeur) à la tuyauterie du circuit primaire en acier austénitique inoxydable. De par leurs microstructure et propriétés mécaniques hétérogènes, ces liaisons sont des zones dites "sensibles" pour l'intégrité des structures et il est donc indispensable de caractériser leur tenue mécanique dans les situations de fonctionnement nominal et accidentelles. Ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer le risque d'amorçage fragile de la LBM inox dans le haut de la transition fragile-ductile à l'aide d'un critère adapté. Les microstructures au voisinage de l'interface entre l'acier ferritique et le beurrage austénitique ont tout d’abord été caractérisées, et un liseré martensitique d’épaisseur variable ainsi qu’une couche entièrement austénitique ont été observés. Ces deux couches, qui sont le siège d’une intense précipitation de carbures pendant le traitement thermique de détensionnement, forment ensemble une couche dure de martensite et d’austénite carburées potentiellement fragile. Le comportement mécanique de l’ensemble de la LBM inox a ensuite été étudié à 20°C et à -175°C, et des lois de comportement élasto-plastiques isotropes ont été identifiées pour les différentes couches macroscopiques à partir d’essais de traction sur des éprouvettes multi-matériaux travers-joint à diamètre variable. Le comportement mécanique de la couche dure a, quant à lui, été caractérisé à partir d’essais in-situ sur des micro-éprouvettes usinées au FIB et testées à l’aide d’une micro-machine de traction développée dans cette thèse. Une étude des mécanismes de rupture de la LBM inox dans le domaine de la transition fragile-ductile a par ailleurs été réalisée à partir d’essais sur éprouvettes CT et a mis en évidence une fragilité de l’interface MA (entre martensite et austénite) liée à un mécanisme de rupture intergranulaire amorcée sur les carbures et systématiquement activé pour des fronts de préfissure traversant la couche dure. Une modélisation par éléments finis des essais a permis d’analyser les champs de contrainte sur l’interface MA et d’identifier un modèle de Weibull linéique à 3 paramètres basé sur une contrainte seuil et une distance seuil pour les éprouvettes CT. Finalement, l’effet du vieillissement thermique sur les LBM inox a été étudié à partir d’un traitement thermique de 10 000h à 400°C et un durcissement des couches austénitiques résultant d’un mécanisme de décomposition spinodale de la ferrite résiduelle a été mis en évidence à partir d’essais de traction. L’analyse des mécanismes de rupture à l’état vieilli a également montré que ce durcissement provoque une augmentation d’environ 30°C de la température de transition associée à la rupture intergranulaire de l’interface MA
Stainless steel dissimilar metal welds (SS DMW) are widely used within the French nuclear power plants where they connect the main components (pressure vessel, pressurisor, steam generator) made of low-alloy ferritic steel to the primary circuit pipes made of austenitic stainless steel. Because of their heterogeneous microstructure and mechanical properties, these junctions are critical components for the structure integrity and their fracture resistance has to be demonstrated for all the nominal or accidental operating conditions. This PhD work aims at building a model to evaluate the risk of brittle fracture of the SS DMW in the upper shelf of the brittle-to-ductile transition range. The observation of the microstructures around the fusion line revealed a martensitic layer and a fully austenitic zone, which undergo an important carbides precipitation during the post-weld heat treatment and form a narrow hard layer of carburized martensite and austenite. The mechanical behavior of the SS DMW was then characterized at 20°C and -175°C and isotropic elastoplastic constitutive laws were determined for each macro/mesoscopic layer of the weld from tensile tests on crossweld specimens with variable diameters. The mechanical behavior of the narrow hard layer was also studied with micro tensile tests on specimens extracted by FIB micro processing and tested using an in-situ tensile testing device developed during the PhD. Furthermore, fracture toughness tests were carried out on CT specimens in the brittle-to-ductile temperature range and helped identify the MA interface (between martensite and austenite) as the weakest region in the SS DMW because of an intergranular fracture mechanism initiated at the carbides-rich interface. This mechanism was consistently observed for specimens with fatigue precrack fronts in the hard layer. The stress distributions on the MA interface calculated from the FE numerical simulation of these tests were then analysed and a 1D 3 parameters Weibull model based on a threshold stress and a threshold length was identified for the CT specimens. Finally, the effect of thermal ageing on the SS DMW was explored with a thermal ageing treatment of 10000h at 400°C and a hardening of the austenitic layers was measured by tensile tests and was associated to a spinodal decomposition mechanism of the residual ferrite. The fracture mechanisms of the SS DMW were also analysed in the aged state and showed that this hardening caused an increase of the transition temperature associated with the intergranular fracture of the MA interface by about 30°C

L'objectif de cette these est d'elucider les mecanismes de formation et de rupture des liaisons carbone-carbone sur des catalyseurs metalliques supportes. L'approche est basee sur la transposition des etapes elementaires de la chimie organometallique a la catalyse heterogene. La methologie suivie repose sur la determination des produits primaires, la mesure de la regioselectivite dans le mode de formation des liaisons c-c et le marquage isotopique. Le premier chapitre fait le point sur les travaux publies sur l'etude des mecanismes de formation et de rupture des liaisons c-c et situe l'interet de notre travail. Le deuxieme, troisieme et quatrieme chapitres traitent les mecanismes d'hydrogenolyse et d'homologation du 3,3-dimethyl-1-butene et du cyclopentene sur des catalyseurs ru/sio#2 et rh/sio#2. Le but recherche est de distinguer entre le mecanisme d'insertion-desinsertion de carbene et le mecanisme dimetallacyclique. Le cinquieme chapitre a pour but d'etudier l'influence du metal sur le mode de formation des liaisons c-c en homologation du propylene et en synthese fischer-tropsch par la determination de la regioselectivite de ces deux reactions sur des catalyseurs fe/sio#2, os/sio#2, ru/sio#2 et rh/sio#2. Le dernier chapitre est consacre a l'etude des mecanismes de formation et de rupture des liaisons c-c sur des catalyseurs bimetalliques rh-sn/sio#2. Dans la reaction etudiee, l'homologation du propylene, de nouveaux mecanismes de couplage c-c sont mis en evidence sur ces surfaces metalliques modifiees

Ce manuscrit présente une méthodologie rationnelle de synthèse, caractérisation, détermination de la structure électronique et du comportement dynamique d’espèces bimétalliques électroniquement insaturées de type Cr(0)-M (avec M = Pd(II), Pt(II) ou Rh(I)). Ces nouvelles espèces constituent de rares exemples d’entités électro-insaturées à 14 électrons ayant la spécificité d’être persistantes en solution. Leur cohésion structurale provient essentiellement de la compensation d’un faible caractère de type donneur/accepteur entre les deux métaux par des interactions non-covalentes Coulombiennes. Nous montrons ainsi qu’en tirant profit du caractère ambiphile d’un ligand hétéroditopique capable de chélater un centre métallique par l’établissement d’une liaison covalente et d’une interaction non-covalente, de nouvelles espèces coordinativement insaturées peuvent être obtenues. Nous proposons d’appeler ce nouveau mode de chelation : « Hemichelation »
The present manuscript will present a rational method of synthesis, characterization, determination of the electronic structure and dynamic behaviour of solution-persistent, and formally unsaturated binuclear Cr(0)-M complexes (with M= Pd(II), Pt(II) or Rh(I)). This new class of complexes constitutes rare examples of persistent coordinatively unsaturated 14-electrons complexes, whose cohesion stems essentially from a compensation of insufficient donor/acceptor Cr-M bonding by non-covalent interactions of preponderant attractive Coulombic nature. By taking advantage of the ambiphilic character of a heteroditopic ligand capable of chelating a metal centre through covalent and noncovalent bonds, truly coordination-unsaturated complexes can be synthesized in a manageable form. We propose to name “Hemichelation” the half-covalent/half noncovalent bonding-relationship between the ambiphilic heteroditopic ligand and the electron-unsaturated metallic centre

La combinaison des effets de taille et d'alliage dans les particules bi-métalliques permet d'exalter leurs propriétés ou d'en susciter de nouvelles. La mise en évidence de tels effets dans des particules nanométriques d'alliage cobalt-rhodium a motivé cette étude. Ce travail est ainsi consacré à l'analyse de leur structure fine et de son évolution avec la composition et les conditions de la synthèse, susceptibles d'expliquer leur comportement magnétique. L'étude expérimentale s'appuie sur une large combinaison de techniques, principalement la microscopie électronique à haute résolution et la diffusion des rayons X aux grands angles. Nous avons notamment montré la brusque augmentation de la distance interatomique avec l'introduction d'une faible quantité de rhodium. Ce résultat, ainsi que ceux obtenus par des techniques sélectives en éléments comme l'EXAFS, sont en accord avec une ségrégation du cobalt en surface. L'étude théorique est basée sur un modèle de potentiel semi-empirique à N-corps. Les calculs en Monte-Carlo Metropolis confirment la ségrégation du cobalt en surface ainsi que les principaux résultats structuraux. Enfin la dernière partie de ce travail est consacrée à l'étude structurale de particules d'alliages de cobalt, de morphologies et assemblages contrôlés, destinées à des applications en microélectronique.