ApPRoche multiphysiquE du VIeillissement sous contrainte des aciers inoxydables martenSitiques et de ses conséquences sur la propagation des fIssures en fAtigue – PREVISIA

Ce projet doit permettre de réaliser des innovations en matière de prévision du comportement mécanique des pièces de mât réacteur en acier inoxydable martensitique à durcissement structural. Il veut en effet démontrer qu’une modélisation multi-échelle permettra d’optimiser le dimensionnement en statique et en tolérance aux dommages des pièces structurales en acier 15-5PH traitées au niveau 1200MPa en tenant compte de leurs conditions de fonctionnement très sévères.
Il s’inscrit dans une démarche plus générale concernant les pièces de mât-réacteur fabriquées à partir des matériaux à haute résistance tels que les alliages de titane ou aciers et répondant à des cas de chargement élevé et d’exposition longue en température (température de service comprise entre 120°C et 325°C), pour lesquels les bureaux d’études veulent adapter les outils de prévision développés sur d’autres matériaux métalliques et pour des conditions moins sévères.
Les verrous scientifiques et techniques concernent le vieillissement du 15-5PH sous contrainte entre 275°C et 325°C pour les longues durées d’utilisation envisagées et les effets de spectre de charges sur la propagation de fissure par fatigue en relation avec le vieillissement du matériau et l’oxydation des faciès de fissuration car ils empêchent l’utilisation de cet acier pour ces nouvelles applications.
Le projet propose de compléter nos connaissances métallurgiques et mécaniques sur le matériau utilisé dans ces conditions sévères de chargement en température. La démarche consistera à étudier tout d’abord les mécanismes de vieillissement et à les modéliser afin de prédire l’évolution en service des propriétés statiques et de fatigue de l’acier. Il s’agira ensuite d’étudier les mécanismes de fissuration en relation avec le vieillissement et les phénomènes d’oxydation pour élargir l’application des modèles retenus. Enfin, les résultats des outils mis en place dans PREVISIA seront confrontés aux résultats d’un essai représentatif de sollicitation en fatigue en température d’un élément de structure d’aéronef civil.
L’organisation envisagée pour mener à bien cette démarche est de mettre en place successivement les étapes de compréhension depuis l’échelle nanométrique, en passant par les échelles microscopique et macroscopique jusqu’aux essais sous spectres sur élément représentatif :
- Echelle nanométrique de la microstructure pour caractériser le vieillissement à partir d’observation des mécanismes métallurgiques.
- Echelle microscopique pour caractériser et modéliser l’évolution des lois de comportement en fonction de la température et du vieillissement et pour décrire les mécanismes de fissuration.
- Echelle millimétrique pour caractériser les effets de spectre en fissuration en relation avec les lois de comportement, les effets d’oxydation de faciès et les mécanismes de fissuration.
- Echelle de la pièce pour validation des outils prévisionnels.

Les partenaires sont :
- Partenaires académiques : SIMAP, CIRIMAT, INSTITUT P’, LMT Cachan.
- Partenaires industriels : Aubert & Duval, Airbus, EADS IW.
Les tâches définies sont :
- Tâche 1 : Définition du domaine d’étude à partir des cas de chargement réel, dirigée par Airbus.
- Tâche 2 : Etude et modélisation des microstructures en vieillissement sous charge. Il s’agit de la thèse 1 dirigée par SIMAP avec le partenaire industriel Aubert & Duval.
- Tâche 3 : Etude et modélisation des lois de comportement statique et en fatigue après vieillissement sous charge. Il s’agit de la thèse 2 dirigée par CIRIMAT avec le partenaire industriel EADS IW.
- Tâche 4 : Caractérisation et modélisation de la propagation sous spectre sur matériaux vieillis. Il s’agit de la thèse 3 dirigée par INSTITUT P’ et LMT Cachan avec les partenaires industriels EADS IW et Airbus.
- Tâche 5 : Essai de validation sur pièce industrielle. Tâche menée par Airbus.
- Tâche 6 : Coordination du projet par EADS IW.