Modélisation numérique d’un phénomène mécanique (TRIP) induit par une transformation martensitique dans l’acier 16MND5

Abstract

Les opérations de soudage des aciers s’accompagnent de phénomènes thermiques, métallurgiques et mécaniques. Ces phénomènes induisent inévitablement des champs de contraintes internes dont le rôle peut être déterminant sur la qualité, la tenue mécanique et la durée de vie de notre matériau. Notre travail vise principalement un phénomène mécanique induit par la métallurgie nommé plasticité de transformation (TRIP). L'effet de la plasticité classique sur le TRIP est analysé considérant la transformation martensitique dans l'acier 16MND5 où des investigations expérimentales montrent que le TRIP est influencé par l'écrouissage de la phase austénitique. Les résultats expérimentaux obtenus ne semblent pas être facilement explicables à la lumière des modèles existants dans la littérature, donc l’objectif de notre travail est de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes à l'origine des anomalies observées. Pour cela, nous avons choisi une approche micromécanique par éléments finis. Dans un premier temps nous avons tenté d’améliorer quelques modélisations numériques déjà utilisées. Les résultats numériques montrent le rôle essentiel du choix des paramètres numériques, l’échelle de la modélisation ainsi que le choix du critère thermodynamique qui gère la transformation.

Mots clés: plasticité de transformation; transformation martensitique; alliage ferreux; modélisation.

Welding operations on steels are accompanied by thermal, metallurgical and mechanical phenomena. These phenomena inevitably induce internal stress fields which can be the key factor for the determination of the mechanical properties of the material under concern, particularly its fatigue life. Our work deals principally with a mechanical phenomenon which is induced by metallurgy, namely the Transformation Induced Plasticity (TRIP). The effect of classical plasticity on TRIP is analyzed considering the martensitic transformation of 16MND5 steel, for which experimental investigations have shown that TRIP can be due exclusively to the hardening of the austenitic phase. The experimental results are not easily explainable if one considers models taken from the literature. Hence, the objective of this work is to contribute to a better understanding of the mechanisms involved in the observed phenomenon of interaction between classical plasticity and TRIP. For this purpose, a Finite Element micromechanical approach has been adopted. First steps have consisted in improving a numerical modeling presented in the literature. The numerical results have shown that great attention should be paid to the choice of numerical parameters, the scale of the modeling and the choice of the thermodynamical criterion that controls the transformation.

Keywords: transformation induced plasticity; martensitic transformation; ferrous alloy; modeling