Dissertations / Theses on the topic '16MnCr5'

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da rota de processamento no surgimento de crescimento anormal de grão em anéis internos de juntas homocinéticas de aço DIN 16MnCr5 forjado a morno, assim como seu efeito na dispersão da dimensão entre-rolos do estriado deste anel. Para tanto foram realizados experimentos utilizando a rota de processamento corrente – forjamento, usinagem, cementação e têmpera – e uma rota de processo experimental – forjamento, cementação, usinagem e têmpera – além de adição de elementos de liga reconhecidos como ancoradores do crescimento de grão austenítico. Para calcular o tamanho de grão austenítico foi empregada a norma ASTM E112. A microestrutura das amostras foi determinada através de metalografia e a medição da dimensão entre-rolos do estriado foi realizada utilizando um dispositivo Frenco modelo IVM 3x2. A partir dos resultados obtidos foi possível determinar que a rota de processamento que possui as etapas de cementação não conjugadas é a mais adequada para que se obtenha um tamanho de grão fino e homogêneo, bem como uma dispersão de medidas do entre-rolos do estriado que minimize as perdas durante a manufatura de peças.
The aim of the work is to analyze the influence of process route on the appearance of abnormal grain growth in DIN 16MnCr5 warm forged constant velocity joints inner races as well as its effect on the dispersion of spline dimension between pins measurements. In order to do this, experiments using current process flow – forging, machining, case carburizing and quenching – and an experimental process route – forging, case carburizing, machining and quenching – were carried out. Further more, alloying elements well known for its ability to control austenitic grain growth were added. The standard applied in order to calculate the austenitic grain size was ASTM E112. The microstructure of the samples was determined through metallographic analysis and spline’s between pins dimension was measured using a Frenco gage model IVM 3x2. From the obtained results it was possible to determine that the process route which has case carburizing and quenching stages not conjugated is more adequated to obtain a fine and homogeneous austenitic grain size distribution as well as a dispersion of between pins dimensions that minimizes the wastes during parts manufacturing.

Search and Rescue (SAR) robotics is a growing research area in spite of which reports show that heavy equipment like excavators are still used in SAR operations despite their unsuitability. Literature reveals the need for new designs for application-specific manipulators in time-critical SAR operations. To this end, the Computer Aided Design (CAD)-Multibody dynamics (MBD) simulation technique was applied instead of traditional numerical modelling and roofs-of-concept for two types for manipulators, i.e. anthropoid and complex closed-loop manipulators are presented. The combined friction model (CFM) was incorporated into this simulation considering the importance of friction as a tribological component affecting the dynamic performance of such mobile manipulators. To surmount the limitations of friction models, scaled-down tribological experiments were conducted to determine the coefficient of friction (COF) for two contact geometries - sliding cylinder and sliding pin, selected as approximations of manipulator joint contact. Oil lubricant was used to generate reference COF characteristics against which COF of grease-lubricated contacts were compared, and oil-lubrication showed better COF than grease-lubrication. However, oil is a fluid and it cannot be used in the application environment. Subsequently, the effect of nickel alumina nanocomposite coating on COF deposited on 16MnCr5 specimens using pulse electrodeposition (PED) was analysed. The results showed that this coating only reduced the COF by 3.1% compared to uncoated specimens in sliding cylindrical contacts, while in the case of sliding pin contacts the coating proved to be detrimental with a 22.1% increase in COF. The values of COF were used in a linear model for computing joint torque. Results of surface characterisation carried out using white light interferometry, digital microscopy and scanning electron microscopy substantiate the COF measurements. Microhardness of the surface was also analysed and showed that coatings improved the surface hardness by 19.7% to 55.9%. Therefore, this work contributes to the SAR robotics through design and simulation, and tribology.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009.
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Este trabalho teve por objetivo identificar os limites mínimos de microdureza que permitem atender aos requisitos de resistência ao torque (25 kgf.m) e vida em serviço (40.000 ciclos) de acoplamentos mecânicos utilizados em motores de partida, produzidos com os aços DIN 16MnCr5 e SAE 10B22M, utilizando-se para cada aço amostras de dois lotes (corridas) de fabricação diferentes. Os perfis de microdureza foram obtidos através dos processos de: a) cementação, têmpera e revenimento; b) têmpera e revenimento; c) nitretação; d) utilizando-se a peça no estado conformado e usinado. As variações no processo objetivaram ampliar as diferenças entre os perfis de microdureza, de modo a melhor correlacioná-las com os requisitos de torque e vida em serviço. Os resultados mostram que diferentes lotes de fabricação (corridas) para o mesmo tipo de aço não influenciam nos resultados de torque e vida em serviço. Todos os tipos de tratamento, inclusive as peças apenas no estado conformado, resultam em resistência a torção acima do valor mínimo especificado (25kgf.m), porém os aços com camada cementada apresentam menor deformação superficial. A maior deformação nas peças sem tratamento térmico e nitretadas resulta em perda de função do produto. Ambos os aços quando cementados, temperados e revenidos superam o número de ciclos especificado (40.000 partidas). O aço SAE 10B22M, somente no estado temperado, supera as 40.000 partidas, finalizando os testes em ótimas condições de uso. O aço DIN 16MnCr5 somente no estado temperado e revenido e os dois tipos de aço somente nitretado e sem tratamento térmico não atingem o número de ciclos especificado.

The optimization of metallic solid surfaces is one of the greatest industrial challenges about surface engineering. Surface hardening treatments are applied to improve the wear resistance of parts without affecting the more tough and soft core of the treated substrates. This doctoral work is focused on the study of gaseous multistage oxynitrocarburizing treatments for low carbon steels and hard-anodizing processes applied on aluminum HPDC components. There is still a lack of knowledge both in literature and in industry about these treatments. The aim of this work is to investigate the microstructural evolution during gaseous multistage oxynitrocarburizing treatments and the impact of the substrate’s characteristics on the hard-anodic layer, respectively. It is important to understand the impact of the process parameters and the substrate’s microstructure on the respective resulting layers; in this way, it is possible to improve the scientific knowledge and therefore to understand the basics for following replications in an industrial context. A wide-ranging view of the whole thermochemical and hard-anodizing processes has been provided by a review of the literature and several treatments replicated in an industrial plant.
L’ottimizzazione delle performance di superfici metalliche è una delle sfide industriali più avvincenti nell’ambito dell’ingegneria delle superfici. I trattamenti di indurimento superficiale sono quei processi sviluppati per incrementare la durezza e resistenza a usura superficiali di componenti senza però peggiorare la tenacità che presentano a cuore. Questo lavoro di dottorato è focalizzato sullo studio sia di trattamenti multistadio di ossinitrocarburazione applicati a substrati in acciaio basso legato, sia di trattamenti di anodizzazione dura applicati a componenti pressocolati in lega di alluminio. Attualmente vi sono ancora importanti lacune riguardo queste specifiche tipologie di trattamenti, sia in letteratura che nel mondo industriale. L’obiettivo di questo lavoro è approfondire sia l’evoluzione microstrutturale durante un trattamento multistadio di ossinitrocarburazione applicato a un substrato ferroso, sia come le caratteristiche microstrutturali di un substrato in lega di alluminio impattano sul film di ossido anodico duro. L’obiettivo finale è quello di ampliare il sapere scientifico e, quindi, gettare le basi per poter poi replicare con successo su scala industriale quanto studiato in laboratorio. Un’accurata revisione della letteratura e una serie di trattamenti replicati in impianti industriali ha portato a una visione ad ampio spettro su questi trattamenti termochimici e di ossidazione anodica dura.

L'acier de cuve des centrales nucleaires a eau sous pression peut etre sensible a la fragilite intergranulaire. Celle-ci est liee a la segregation d'impuretes aux joints de grains. Elle provoque un changement du mode de rupture fragile qui, du clivage transgranulaire, devient intergranulaire. Elle se manifeste egalement par l'elevation de la temperature de transition et la baisse de la tenacite. De plus, en traction, les deformations et les contraintes a rupture sont fortement dispersees et faibles comparees aux valeurs correspondant au clivage. Il est donc necessaire de caracteriser la rupture fragile intergranulaire par un outil permettant la prevision des valeurs de tenacite. Dans le cas du clivage, la dispersion des contraintes a rupture et des valeurs de tenacite est bien decrite par le modele de beremin (1982). L'application de ce critere a la rupture fragile intergranulaire (r. F. I. ) met en evidence une bimodalite associant un faible module de weibull aux eprouvettes rompues en debut de plasticite. Apres une analyse des mecanismes de la fragilite intergranulaire, nous etudions les hypotheses susceptibles d'expliquer cette bimodalite dans le but de proposer un critere de rupture adapte a la r. F. I. De l'acier 16mnd5. Nous evaluons les heterogeneites de contrainte et de deformation plastique a l'echelle des grains par un modele polycristallin. Nous determinons l'evolution des heterogeneites en fonction du chargement pour mettre en evidence le role de celles-ci dans la bimodalite experimentale caracteristique de la r. F. I. Des techniques experimentales (technique des microgrilles, etc) sont ensuite mises en oeuvre pour valider les resultats relatifs a l'evolution de l'heterogeneite de la deformation plastique. L'observation systematique des facies de rupture permet d'identifier les defauts a l'origine des ruptures prematurees. Nous proposons un modele statistique de rupture tenant compte des caracteres specifiques de la r. F. I. Tels que l'amorcage de la rupture dans le domaine elastique et l'existence d'une double population de defauts. Nous rappelons les modeles decrivant l'effet d'echelle en rupture fragile et nous proposons une demarche simple qui permet d'acceder a la loi d'echelle donnee par le modele.

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.

L'acier 16MND5 ou A508 Cl3 est utilisé pour la fabrication par forgeage des cuves de réacteurs nucléaires à eau sous pression.
Ce matériau présente un bon compromis en terme de ténacité et de limite d'élasticité, sa microstructure est principalement bainitique revenue. Du fait de la variation locale de la composition chimique et du procédé d'élaboration, ce matériau présente des hétérogénéités microstructurales qui peuvent modifier localement les propriétés du point de vue de l'endommagement. En particulier, certaines zones présentent une microstructure martensitique dont les propriétés à la rupture sont différentes de celles de la bainite.
Le but de cette thèse est d'apporter quelques éclaircissements sur l'influence de la microstructure ; plus particulièrement, la taille des entités cristallographiques et leur distribution spatiale sur le comportement local de l'acier 16MND5.
Deux microstructures ont été élaborées à cet effet ; une microstructure bainitique revenue et une microstructure martensitique revenue. Une caractérisation expérimentale a été réalisée sur les deux microstructures afin de déterminer la morphologie, la distribution spatiale des orientations cristallographiques et le comportement en traction.
Un dépôt de grille a été effectué sur des éprouvettes de traction plates pour permettre de déterminer le champ déformation expérimental sur une zone préalablement analysée en EBSD.
La détermination du comportement en traction a permis l'identification à l'aide d'une méthode inverse d'une loi de comportement multicristalline faisant intervenir la densité de dislocation sur chaque système de glissement. Cette loi de comportement a été utilisée dans des simulations à l'aide de la méthode des éléments finis pour simuler le comportement des deux microstructures en traction et comparer aux champs de déformations expérimentaux de celles-ci. Il en résulte une bonne adéquation entre les simulations et les expériences et la mise en évidence de l'influence de l'orientation des grains voisins sur le comportement local.

L’objectif de cette thèse est l’étude du phénomène de fissuration à froid qui se produit dans la zone affectée thermiquement (ZAT) lors de l’opération du soudage. Il s’agit plus précisément de développer un critère pour prédire ce phénomène. Il est bien établi que la fissuration à froid se produit sous l’effet combiné de trois facteurs : i) une microstructure dure et fragile qui est ici la martensite ; ii) une teneur en hydrogène suffisamment élevée ; et iii) une contrainte critique. Pour ce faire, nous avons tout d’abord réalisé des essais de traction sous hydrogène sur des éprouvettes martensitiques afin d’étudier la fragilisation de la martensite par l’hydrogène. Ensuite, et sur la base des résultats expérimentaux, un modèle d’endommagement ductile-fragile est proposé. Ce modèle a permis d’établir le critère de fissuration à froid recherché. Pour valider ce critère, nous avons réalisé des essais de type Tekken. L’avantage de cet essai est qu’il permet de contrôler les paramètres du soudage pour provoquer la fissuration à froid. Enfin, cet essai a été reproduit à l’aide d’une modélisation thermo-métallo-mécanique-diffusion. Ainsi, la teneur en hydrogène dans la ZAT, la proportion de martensite et les contraintes résiduelles ont été calculées. L’application de notre critère montre une bonne corrélation entre la modélisation et l’essai. La fissuration à froid est bien prédite
This thesis is aimed at studying the hydrogen induced cold cracking (HICC) in the heated affected zone (HAZ) of weldments and at proposing a criterion to predict this phenomenon. HICC is attributable to three factors: i) a susceptible microstructure; ii) hydrogen concentration; and iii) a critical stress. To this end, first tensile tests on smooth specimens charged with hydrogen were performed to investigate hydrogen embrittlement of martensite. According to these results, a ductile-brittle damage model is proposed in order to establish a HICC criterion. In order to validate this criterion, we performed the modified Tekken tests. The Tekken test was chosen because one can control the welding parameters in order to induce cold cracking. The modified Tekken tests have then been modeled using a fully coupled thermo-metallo-mechanical-diffusion model using the finite element method. This model allows to compute martensite’s portion, residual stress level and hydrogen concentration in the HAZ. By applying the HICC criterion to these tests, cold cracking phenomenon has been correctly predicted

Ce travail concerne la modélisation des phénomènes thermique, métallurgique et mécanique que l'on rencontre dans la zone affectée thermiquement. Il porte plus particulièrement sur l'analyse, le développement et la validation de modèles de comportement mécanique qui prennent en compte les changements de phase à l'état solide. Les études sont pratiquées sur un acier faiblement allié en carbone manganèse de type 16MND5. Cet acier est utilisé pour la fabrication des cuves de réacteur nucléaire à eau préssurisée. Ces travaux constituent une étape, dont la finalité est la prévision des contraintes résiduelles induites par une opération de soudage. Les analyses expérimentales sont conduites sur des exemples analytiques de difficultés croissantes allant d'un comportement majoritairement uni-axial jusqu'à un comportement cyclique tridimensionnel. Des simulations numériques conformes aux essais réalisés, sont pratiquées avec le logiciel SYSWELD (E. S. I. ). Les analyses comparatives apportent alors un jugement global, sur l'aptitude du code de calcul utilisé, à décrire le comportement structural dans les cas particuliers considérés. Cette étude permet de tester les modèles couplés thermo-métallurgiques et thermo-mécaniques, d'apprécier les effets d'hypothèses d'identification des lois de comportement, de déterminer l'influence des différents phénomènes à prendre en compte tels que : la plasticité de transformation, la plasticité classique polyphasée, la restauration d'écrouissage. . . Un des points importants issus des précédentes analyses montre que les phénomènes liés à la viscosité ne peuvent être négligés à haute température. Aussi nous visons, dans la dernière partie de cette thèse, l'établissement d'une loi de comportement élasto-viscoplastique qui tient compte des transformations structurales à l'état solide. Pour satisfaire cet objectif, nous nous appuyons sur les développements déjà réalisés en plasticité par J. B. Leblond. Cette modélisation envisage un passage du mesoscopique au macroscopique, en déterminant le comportement macroscopique à partir d'une déscription des mécanismes élémentaires de déformation et de leur intégration dans un traitement de changement d'échelle. Une première validation est conduite sur la base d'essais unidimensionnels de type "Satoh"
This work carries on the modeling of thermal metallurgical and mechanical phenomena which take place in the heat affected zone during welding. It relates more especially to the analysis the development and the validation of behaviour models incorporating the phase transformation in solid state. Studies are performed on carbon manganese steel (16MND5 in AFNOR norm). The experimental analyses are performed on analytical examples, of increasing difficulties going from a uniaxial behaviour until a three-dimensional cyclic one. The numerical simulations, in conformity with the test carried out, are performed with the SYSWELD® (E. S. I) software. The comparative analyses provide a global agreement on the ability of numerical codes used to describe the structural behaviour in the par1icular cases considered. This study allow to test the thermo-rnetallurgical and thermo-mechanical models, to determine the influence of the various phenomena to take into account such as : the TIP (plasticity induced transformation), the possible recovery of strain hardening of the mother phase and the classical elastoplastic behaviour of mixtures of two different phases. . . One of the significant points resulting from the preceding analyses shows that the phenomena related to the viscosity cannot be neglected at high temperature. Therefore in the last part of this thesis, we present a generalization of the Leblond model for the plastic behavior of steels during phase transformations taking viscoplastic effects into account. The model presented rests on a micromechanical approach. This generalization is obtained by considering the yield stress of the phases as a function of the viscoplastic strain rate. The model presented has been implemented in the finite element software SYSWELD®. The numerical formulation has been achieved in such a way that plastic as well as viscoplastic phases can be considered. The first validations proposed are performed on the basis of unidimensional tests of type “Satoh”

Ce travail de thèse concerne l’acier 16MND5 des cuves des Réacteurs à Eau Préssurisée (REP).L’étude vise à caractériser de manière quantitative la microstructure et à comprendre l’effet desparamètres influents (vitesse de refroidissement, température de revenu …) sur sa formation. D’unpoint de vue expérimental, l’étude est menée grâce à l’utilisation des techniques d’observationcomme la métallographie, le MET, MEB et l’EBSD, et la réalisation de traitements thermiquescontrôlés (dilatométrie notamment).Ces observations visent à identifier les différents constituants de l’acier et de déterminer lesgrandeurs quantitatives les caractériser (tailles, fractions volumiques des différentes phases ainsique leurs orientations cristallographiques).Nous avons dans un premier temps caractérisé de manière complète et quantitative, lamicrostructure de l’acier 16MND5 à l’état de réception (trempé et revenu). L’étude a permis demontrer qu’il existe un gradient de microstructure entre la peau interne et le coeur de l’épaisseur dela virole. La microstructure à coeur est constituée de ferrite proeutectoïde, de bainite et d’amas decarbures, tandis qu’en peau interne on est en présence de bainite et d’amas de carbures.Une campagne d’essais de dilatométrie a été réalisée afin de simuler la microstructure brute detrempe de l’acier 16MND5 et d’observer l’effet de la vitesse de refroidissement, des températuresde transformation sur la microstructure des aciers de cuve. Ces essais ont révélé que lamicrostructure de l’acier 16MND5 après refroidissement est constituée de bainite, d’îlots demartensite et d’austénite résiduelle (M-A) enrichie en carbone. Ce sont ces îlots M-A qui donnentnaissance aux amas de carbures lors du revenu final.L’effet de la composition chimique de cet acier a été étudié grâce à l’utilisation d’une tôle ayant unecomposition chimique plus riche en carbone et en éléments d’alliages. Ce travail a montré quel’augmentation des teneurs en carbone et en éléments d’alliages modifiaient la morphologie et lacristallographie de la ferrite.L’étude des comportements mécaniques des constituants présents en peau interne, quart épaisseur etmi épaisseur a été réalisée grâce à des essais de résilience sur des éprouvettes de mini charpy. Cetteétude a permis de montrer qu’à basse température (-120°C) la peau interne présente de meilleurespropriétés de résilience que le quart et la mi épaisseur de la virole. Des examens de la surfacelatérale des éprouvettes de Charpy ont montré que la présence de ferrite proeutectoïde favorise lagermination de micro-fissures de clivage
Reactor pressure vessel is the second security barrier of the nuclear reactor and it is elaboratedwith a low carbon steel ( C-0.16%). Due to the large size of the ferrule there is temperatureand cooling rate gradient, which lead to microstructure gradient. To develop predictive modelit is necessary to well describe the microstructure which depend to the processing parameters.We focuse our work in investigating the effect of the processing parameters (cooling rate,chemical composition...) on the final microstructure during phase transformation.To get these informations and better describe the microstructure, we have used someexperimental technics like SEM, EBSD, TEM and Optical Microscopy. The steel used is alow carbon steel with a composition of C-0.16%, Mn-1.32%, Ni-0.72%, Mo-0.49%, Si-0.23%, Cr-0.23%, P-0.010%, S-0.004%. The material has been tempered in the range 635°C-660°C after cooling. Three positions have been chosen for examinations, because the coolingrate is not the same between the center and the edge of the material. The results of theobservations made in the different scale, indicate that the microstructure is mainly baniticwith bainitic ferrite and cementite precipitates. Examinations of the precipitates withextractive replicas in TEM reveal that morphology of cementite particles is complex they arecylinder-shaped particles, short bars particles and skeletal particles. OrientationsRelationships (OR) have been determined between ferrite and cementite particles with thinfoils in TEM by using Selected Area Diffraction, in a large number areas the Isaichev andBagaryatskii OR have been observed, a little Pitsch Petch OR have been obtained. The EBSDmap shows that the bainitic ferrite morphologies are both lath like and polygon. Themisorientations inside the laths are very small (0.5° misorientation point to point) andbetween laths we have the range 49-60° misorientation. The profile of misorientationsbetween point to point indicates higher frequency for the range 49-60°. Charpy test have beenperformed to analyze the effect of the microstructure on the fracture energy at lowtemperature. The results show that the fracture energy decreases when the content ofproeutectoid ferrite is high

Le soudage-diffusion est un procédé de soudage à l’état solide, la liaison se faisant par diffusion sous pression et température élevées. Il est ici appliqué à une soudure courante en milieu nucléaire, mais de réalisation délicate : celle de l'acier de cuve 16mnd5 sur l'acier inoxydable 316ln. L'objectif de l’étude est d'une part d’élaborer et de caractériser de telles jonctions et d'autre part de développer un outil de simulation permettant de prévoir les microstructures après soudage ainsi que les contraintes résiduelles de procédé. L'étude a montré la nécessité d'utiliser un matériau d'insert, le choix s'est porte sur l'inconel 690, pour éviter la carburation du 316ln, et de procéder à un traitement de trempe et de revenu sur les jonctions après soudage, afin de restaurer la structure du 16mnd5. Les liaisons 16mnd5-inconel 690-316ln ont été caractérisées métallurgiquement et mécaniquement. Afin de simuler les évolutions métallurgiques de nouveaux modules ont été développés dans castem 2000, le code aux éléments finis du cea, concernant la diffusion du carbone sur l'interface 16mnd5-inconel 690, la croissance de grain austénitique et les transformations de phases dans le 16mnd5. Ces dernières sont calculées selon une version modifiée du modèle de Waeckel, tenant notamment compte des effets taille de grain et concentration en carbone. L'effet de transformations sur le calcul mécanique est traduit par l'introduction d'un terme de plasticité de transformation et de dilatation métallurgique. Le comportement des matériaux est choisi viscoplastique et a été identifié sur les trois matériaux entre 20 et 900\c. Il est tenu compte, quand il y a lieu, de la concentration en carbone et, pour le 16mnd5, de la composition en phases. Le résultat du calcul montre l'importance de premier ordre de la plasticité de transformation.

Cette etude concerne l'acier 16mnd5 utilise comme materiau de cuve dans les reacteurs a eau pressurisee (rep). En situation d'accidents graves, cet acier a bas taux de carbone faiblement allie change d'etat microstructural. Differentes phases de caracteristiques mecaniques distinctes sont susceptibles de se former selon l'histoire thermique subie. Ce travail porte sur la phase austenitique stable a haute temperature et sur le vieillissement de l'etat de reception du materiau. Nous avons determine des courbes d'evolution de la taille de grain austenitique. Un modele de croissance du type trainage de solute semble le plus approprie pour decrire la cinetique de croissance observee. Le comportement en fluage a haute temperature de la phase austenitique est examine. Le modele propose par lasalmonie et strudel convient a la description de nos resultats experimentaux. Ce modele est base sur la montee des dislocations en presence de glissement aux joints de grains et permet de prendre en compte l'influence de la taille de grain observee experimentalement. Lors du vieillissement a 700c de l'acier 16mnd5 dans son etat de reception, un durcissement microstructural progressif est observe. Ce durcissement est lie a la formation et a la croissance de phases blanches durcissantes de morphologie allongee. L'evolution de la precipitation semble independante du phenomene de durcissement.

Dans le cadre d'un vaste programme de recherche expérimental et numérique lancé par Electricité De France sur l'acier de cuve 16 MND5, des essais de traction interrompus et in-situ sont réalisés à basses températures [-196°C;-60°C]. Ils permettent de coupler l'observation des éprouvettes entièrement cartographiées au microscope électronique à balayage (endommagement, initiation et propagation des microfissures) avec les états de contrainte déterminés par diffraction des rayons X, dans le but d'établir des critères pertinents. Toutes ces mesures permettent d'alimenter un modèle polycristallin de comportement et d'endommagement à deux échelles (Mori-Tanaka/autocohérent), qui est développé parallèlement à la caractérisation expérimentale. Ce modèle s'avère très performant, car il reproduit correctement l'influence de la température constatée expérimentalement: l'état de contrainte dans la ferrite reste inférieur à celui de la bainite (l'écart ne dépasse jamais 150MPa), alors que la cémentite est beaucoup plus chargée. L'hétérogénéité des déformations et des contraintes par orientations cristallographiques est également bien traduite, tout comme la rupture par clivage suivant les plans {100} du cristal de ferrite (plans identifiés par electron back scattered diffraction lors d'un essai de traction in-situ à -150°C), qui survient plus rapidement lorsque la température diminue, pour une contrainte constante dans cette phase d'environ 700MPa

Ou study focuses on the effects of phase transformations on crack propagation. We want to understand the changes of fracture toughness during welding. In this work, fracture toughness is expressed by J-integral. There are many experimental methods to obtain the critical toughness JIC but they are impractical for our investigation during phase transformation. That is the reason why we have proposed a method coupling mechanical tests, digital image correlation and finite element simulation. The fracture tests are implemented on pre-cracked single edge notched plate sample which is easy for machining and heat conduct during phase transformation. The tests are conducted at different temperatures until rupture. Digital image correlation gives us the displacement information on every sample. Each test is then simulated by finite element where the fracture toughness is evaluated by the method G-Theta at the crack propagation starting moment found by potential drop method and digital image correlation technical. Two materials have been studied, 15Cr-5Ni martensitic precipitation hardening stainless steel and 16MND5 ferritic low carbon steel. For these two materials, different test temperatures were chosen before, during and after phase transformation for testing and failure characterization of the mechanical behavior. Investigation result shows that metallurgical phase transformation has an influence on fracture toughness and further crack propagation. For 15-5PH, the result of J1C shows that the as received 15-5PH has higher fracture toughness than the one at 200°C. The toughness is also higher than the original material after one cycle heat treatment probably due to some residual austenite. Meanwhile, pure austenite 15-5PH at 200°C has higher fracture toughness than pure martensitic 15-5PH at 200°C. For 16MND5, the result also proves that the phase transformation affects fracture toughness. The as received material has bigger J1C than the situation where it was heated to 600°C. On the other hand, the material at 600°C just before isothermal bainite transformation after the austenitization during cooling process also has higher fracture toughness than the one at 600°C before austenitization. These two conclusions are consistent well with the result of 15-5PH. But the final situation of 16MND5 after one cycle heat treatment has a slightly smaller J1C than the receiving situation. It means that one cycle heat treatment hasn't an significant influence on 16MND5fracture toughness. Conclusions show that one should pay attention to the heating period before austenitization of the substrate material when people do the welding as the higher temperature will bring the lower fracture toughness during this process. While during cooling period, the fracture toughness doesn't change a lot during, before or after the cooling induced phase transformation. Even for 15-5PH, it has a better fracture toughness after the martensite transformation than before.

Cette thèse porte sur l'analyse d'un phénomène particulièrement important dérivant des conséquences mécaniques des transformations de phases solide-solide dans les aciers : la plasticité de transformation ou TRIP (Transformation Induced Plasticity) et son interaction avec la plasticité classique. Ce sujet est abordé à la fois par des investigations expérimentales et par une approche de modélisation numérique, pour les transformations martensitiques.

La cuve des réacteurs à eau sous pression forme la seconde barrière de confinement de l'assemblage combustible nucléaire. Dans les centrales françaises, elle est constituée d'acier 16MND5 faiblement allié (équivalent de la nuance ASTM A508 Cl.3). Diverses techniques expérimentales (microscopie électronique, diffraction des rayons X etc.) sont mises en oeuvre lors d'essais de tractions in-situ afin de mettre en évidence les hétérogénéités mécaniques apparaissant au sein du matériau. Ces mesures se font en cours de sollicitation pour diverses basses températures [-150°C;-60°C]. Les hétérogénéités mécaniques sont principalement dues aux deux aspects "polycristallins" et "composite"(effet des amas de cémentite) de la microstructure. Des écarts de contraintes résiduelles interphases (jusqu''a 150 MPa en moyenne entre bainite et ferrite), et intraphases (jusqu''a 100 MPa en moyenne par orientation pour la ferrite) sont mis en évidence. Une modélisation complexe est mise en oeuvre afin de représenter le comportement. Elle inclut une loi micromécanique, un modèle de transition d'échelle, et une représentation par éléments finis d'agrégats 3D, le tout associé dans une démarche multi-échelles. L'identification se fait sur le comportement à différentes températures, et permet de reproduire les hétérogénéités de contraintes mises en évidence expérimentalement. Cette modélisation sert de base à l'application déterministe d'un critère local de rupture fragile micromécanique et cristallographique. L'utilisation de divers tirages de répartitions de carbures réalistes permet d'obtenir une probabilité de rupture du volume élémentaire en accord avec les hypothèses formulées par l'approche locale de la rupture. A ceci près que contrairement aux approches habituelles, on ne suppose pas de dépendance de cette probabilité par rapport au chargement ou à la microstructure, celle-ci est naturellement introduite.

Des essais realises sur un acier faiblement allie au c-mn-ni-mo (16mnd5) ont permis de determiner les tenacites a l'amorcage kic et a l'arret kia, de ce dernier pour un chargement par choc thermique. Les eprouvettes sont soit des disques de 19 mm d'epaisseur soit des cylindres d'une hauteur de 220 mm, avec un diametre exterieur de 150 mm et interieur de 50 ou 46 mm. Une entaille aigue (p=0,04 mm) a ete usinee a leur peripherie et pour les disques minces on y a fait propager une fissure de fatigue. Les eprouvettes sont refroidies uniformement a la temperature de l'azote liquide. Un inducteur place en leur centre chauffe alors tres rapidement une couronne interne. Les gradients thermiques radiaux qui en resultent creent des contraintes circonferentielles de traction en peripherie. Une fissure s'amorce a partir de la pointe de l'entaille ou de la fissure de fatigue, se propage tres rapidement (100 micro secondes) sur quelques centimetres et s'arrete. Les profils de temperature experimentaux servent de base a des calculs numeriques, par la methode des elements finis. On determine ainsi les variations de la contrainte circonferentielle et du facteur d'intensite de contrainte sur l'epaisseur de la paroi. On montre que le modele de beremin pour la rupture fragile en clivage rend bien compte de l'amorcage d'une fissure et de l'effet d'echelle

Dans le cas des materiaux tres ductiles, la modelisation d'une dechirure ne peut plus etre faite a partir de parametres globaux tel j#i#c, on utilise alors des modeles dits d'approche locale. Les modeles de rice-tracey et gurson-tvergaard ont ete testes pour simuler la dechirure de quatre materiaux tres ductiles : un acier bainitique, et trois aciers inoxydables austenitiques, a temperature ambiante et a 280c. Des essais de traction monotone sur eprouvettes axisymetriques entailles (ae) ont ete realises. L'observation des facies de rupture montre des differences entre les tailles et populations de cupules pour les differents materiaux et temperatures, indiquant des mecanismes de rupture differents. Des observations effectuees sur des coupes d'eprouvettes chargees jusqu'a un niveau proche de la rupture montrent que le taux de cavites reste, en general, faible pour tous les materiaux. Une modelisation numerique par elements finis des essais sur eprouvettes ae a ete realisee, a l'aide du logiciel abaqus. L'etude du taux de triaxialite au cur des eprouvettes montre que les plages de triaxialite etudiees, pour les aciers austenitiques, restent peu etendues. Le parametre de rice-tracey est determine a partir de ces calculs elastoplastiques. Les parametres critiques obtenus sont en relation avec le teneur inclusionnaire, la ductilite de la matrice et le mecanisme de rupture finale. Les parametres du modele de gurson-tvergaard sont determines par resolution inverse a l'aide du logiciel sidolo couple a abaqus a partir des essais sur eprouvettes ae. Les resultats sont satisfaisants ; seul le taux de cavites est surestime, le phenomene de coalescence n'etant pas pris en compte par le modele utilise. Un essai sur eprouvette ct en acier bainitique a temperature ambiante a ete simule en 2d et en 3d pour determiner la taille de maille caracteristique a utiliser. Le modele doit encore etre affine, notamment par une loi de coalescence de cavites.

Les aciers ferritiques présentent une transition du mode de rupture passant progressivement d'une rupture fragile (clivage) à une rupture ductile lorsque la température augmente. Le suivi du décalage de la température de transition des aciers de cuve par l'établissement de courbes de résilience, fait de l'essai Charpy une partie intégrante du programme de surveillance des centrales nucléaires françaises à eau sous pression. Malgré les avantages qui lui sont propres notamment son coût, l'essai Charpy ne permet pas d'obtenir directement une grandeur qui caractérise la résistance à la propagation d'un défaut de type de fissure, comme la ténacité, utilisée pour qualifier l'intégrité mécanique d'une structure.
Cette étude contribue à l'établissement du passage résilience-ténacité dans le domaine de transition de l'acier de cuve 16MND5 à partir d'une approche non-empirique basée sur l'approche locale de la rupture. La rupture fragile est décrite par le modèle Beremin (1983), qui permet de décrire la dispersion inhérente à ce mode de rupture. La description de la déchirure ductile est réalisée par le modèle GTN (1984) et le modèle Rousselier (1986). Ce dernier modèle a été modifié afin d'obtenir une description réaliste de l'endommagement ductile dans le cas de sollicitations rapides et d'échauffement locaux.
La méthode proposée pour déterminer les paramètres des modèles d'endommagement s'appuie uniquement sur des essais sur éprouvettes entaillées et les données inclusionnaires du matériau. Le comportement est décrit par une formulation originale paramétrée en température qui permet de décrire l'ensemble des essais réalisés dans cette étude. Avant d'appliquer cette méthodologie, une étude expérimentale du comportement et des modes de rupture de l'acier 16MND5 a été effectuée. A partir des essais de résilience en conditions quasi-statiques et dynamiques, il a été mis en évidence que cet acier ne présentait pas de décalage important de sa courbe de résilience dû à l'effet de vitesse. Dans le domaine de la transition, des échauffements locaux de l'ordre de 150°C ont été mesurés en fond d'entaille, ainsi que des déformations plastiques supérieures à 100 %.
Après une étude fractographique permettant l'identification de la nature des sites à l'origine du déclenchement du clivage, l'étude numérique montre, notamment, l'effet de l'échauffement adiabatique et de la prise en compte de la germination de cavités autour d'une seconde population de particules (carbures) sur la déchirure ductile. L'application de la méthodologie proposée permet de décrire les données de résilience jusqu'à des énergies moyennes de l'ordre de 70 J, englobant les indices TK28 et TK 68. Au delà, il faut introduire une faible dépendance apparente de la contrainte du clivage avec la température. D'autre part, l'évolution de la ténacité peut être décrite jusqu'à des valeurs moyennes de 170 MPa?m sans introduire de dépendance de la contrainte de clivage avec la température.

Les aciers ferritiques présentent une transition du mode de rupture passant progressivement d'une rupture fragile (clivage) à une rupture ductile lorsque la température augmente. Le suivi du décalage de la température de transition des aciers de cuve par l'établissement de courbes de résilience, fait de l'essai Charpy une partie intégrante du programme de surveillance des centrales nucléaires françaises à eau sous pression. Malgré les avantages qui lui sont propres notamment son faible coût, l'essai Charpy ne permet pas d'obtenir directement une grandeur qui caractérise la résistance à la propagation d'un défaut de type fissure, comme la ténacité, utilisée pour qualifier l'intégrité mécanique d'une structure. Cette étude contribue à l'établissement du passage résilience-ténacité dans le domaine de transition de l'acier de cuve 16MND5 à partir d'une approche non-empirique basée sur l'approche locale de la rupture. La rupture fragile est décrite par le modèle de Beremin (1983), qui permet de décrire la dispersion inhérente à ce mode de rupture. La description de la déchirure ductile est réalisée par le modèle GTN (1984) et le modèle de Rousselier (1986). Ce dernier modèle a été modifié afin d'obtenir une description réaliste de l'endommagement ductile dans le cas de sollicitations rapides et d'échauffements locaux. A partir des essais de résilience en conditions quasi-statiques et dynamiques, il a été notamment mis en évidence que cet acier ne présentait pas de décalage important de sa courbe de résilience dû à l'effet de vitesse. Dans le domaine de la transition, des échauffements locaux de l'ordre de 150 ʿC ont été mesurés en fond d'entaille, ainsi que des déformations plastiques supérieures à 100%. L'application de la méthodologie proposée permet de décrire les données de résilience jusqu'à des énergies moyennes de l'ordre de 70 J, englobant les indices TK28 et TK68 Au delà, il faut légèrement modifier le modèle de Beremin en introduisant une dépendance apparente de la contrainte de clivage avec la température. D'autre part, l'évolution de la ténacité peut être décrite jusqu'à des valeurs moyennes de 170 Mpa√m sans introduire de dépendance de la contrainte de clivage avec la température.

Les aciers faiblement alliés sont utilisés dans les réacteurs nucléaires pour la réalisation de différents équipements. Soumis à une irradiation neutronique induite par le fonctionnement du réacteur, ces matériaux présentent des évolutions notables de leur microstructure, avec en particulier l'apparition de défauts d'irradiation comme des boucles interstitielles, des amas lacunaires et des précipités, qui conduisent à un durcissement et une fragilisation en relation directe avec la dose reçue et le flux neutronique. Le comportement en plasticité hors irradiation des aciers bainitiques faiblement alliés a fait l'objet de plusieurs modélisations élaborées à partir d'observations expérimentales et de modélisations à l'échelle atomique. Plusieurs thèses ont été supportées par EDF et le CEA dans le passé. Ce travail se place dans leur prolongement, et adopte une démarche classique, en utilisant des éléments expérimentaux connus, mais il se place de façon déterminée à l'échelle de la microstructure, et cherche à intégrer un maximum d'informations de métallurgie physique. C'est dans cet esprit que sont introduites des microstructures réalistes en termes de morphologie et d'orientation cristalline, et qu'on adopte un modèle de plasticité cristalline en grandes déformations basé sur les densités de dislocations. Ce choix permet de prendre en compte dans les lois de plasticité les interactions entre dislocations et défauts d'irradiations pour des conditions de chargements sévères. Ces lois sont introduites dans le code de calcul par éléments finis ZéBuLoN afin de réaliser des calculs d'agrégats polycristallins aux propriétés représentatives d'un élément de volume macroscopique. Les résultats obtenus sur un tel agrégat sont donc considérés comme une donnée élémentaire dans la manipulation des modèles de rupture fragile sur des structures. La nouvelle approche développée a un statut d'approche locale micromécanique".

Ce travail porte sur le comportement multiphasé anisotherme de l'acier de cuve 16MND5 et plus particulièrement sur la plasticité de transformation dans le cas de trajets de chargements multiaxiaux non proportionnels. La première partie du mémoire est consacrée à la présentation d'un montage expé-rimental de traction-torsion à haute température permettant d'obtenir une large plage de vitesses de refroidi. Ssernent. Ce dispositif a été utilisé pour explorer la plasticité de transformation sous chargements proportionnels ou non, durant les transformations austénitique, bainitique et martensitique. Les résultats expérimentaux sont confrontés au modèle de Leblond. Dans la dernière partie, nous proposons un modèle de cornportement à deux échelles dans lequel le type de comportement de chacune des phases peut être différentes. Ce méso-modèle est finalement utilisé pour simuler deux essais réels sur structure.

L'objet de la thèse porte sur la prévision de la ruine (déchirement) d'un réacteur à eau pressurisée sous chargement accidentel thermomécanique. Des essais réels étant inenvisageables, la méthode utilisée consiste à reproduire ce type de chargement sur maquette instrumentée et de comparer les résultats obtenus sur deux grades d'acier de cuve (16MND5) à des simulations numériques. Une part très importante de ce travail a été la conception et la mise au point de ce dispositif expérimental. La maquette est un tube en traction et pression interne dont l'état de contrainte et le volume de gaz disponible sont comparables au cas réel. Le tube est de plus chauffé à 900 ou 1000°C ce qui correspond au cas accidentel. Aux habituelles mesures de température, effort, déplacement et pression, on filme également le tube par deux caméras numériques rapides et une infrarouge. On extrait de ces essais les conditions d'initiation et de propagation de fissure ainsi que la loi de dépressurisation. A ces températures, le fluage induit de très grandes déformations avant l'apparition des fissures qui peuvent dans le pire des cas se propager à des vitesses de plusieurs mètres par seconde. Les simulations numériques sont conduites en utilisant les éléments finis, l'initiation et la propagation de la fissure est modélisée par une zone cohésive dont le trajet est connu à l'avance. Une formulation 3D d'élément cohésif a été développée et implémentée dans le code de calcul ABAQUS6. 6-1. Ces éléments cohésifs supportent les très grands déplacements et supposent une loi de traction-séparation durcissante, seule capable de reproduire les essais réels. L'identification a été faite sur des essais sur éprouvette CT réalisés au CEA. Enfin, la base de données de caractérisation en traction de l'acier 16MND5 a été complétée pour des températures voisines de 900-1000°C et des vitesses de déformation vraie supérieures à 0. 1s-1. Ces vitesses de déformation sont représentatives des vitesses de déformations locales lors du fluage tertiaire de la cuve

Esta dissertação teve como base o estudo de causas de desgaste de uma engrenagem mecânica de dentes helicoidais. Inicialmente, foi efetuado um levantamento do Estado de Arte, com uma introdução sobre engrenagens, o seu processo de fabrico e seus defeitos associados e as principais causas de falha em engrenagens e onde é aprofundado as suas características e estudos feito. Na parte experimental foram incluídos os processos tecnológicos de preparação das amostras a partir de peças reais, em aço DIN 16MnCr5, do par de engrenagens helicoidais. Este par de engrenagens apresentava problemas de fraturas dos dentes. Com o intuito de esclarecer as causas de fratura, foram realizados ensaios de micro dureza Vickers e executado um estudo aprofundado de duas zonas do material em questão: análise de dureza do material que compõe o corpo da engrenagem e análise da dureza dos dentes na zona de cabeça do dente (zona de contacto) e estudo da dureza ao longo do perfil do dente. Foi efetuado também um estudo da distribuição de defeitos de fabrico em profundidade, em 4 amostras da engrenagem, onde foram feitas contagem do número de defeitos, e respetivas áreas, através de tratamento de imagens obtidas por microscópio ótico invertido. Por último, foram efetuados ensaios de desgaste no material e caracterizado o seu comportamento ao desgaste a seco e com lubrificante usado, com recurso a uma máquina de testes pin-on-disc.

L’objectif de la thèse est la prédiction de la propagation et de l’arrêt de fissure de clivage dans un acier de cuve de type 16MND5 par un critère local en contrainte critique, calculé en pointe de fissure. Les travaux précédents ont montré que le mécanisme de rupture était du clivage,associé à des zones de cisaillement ductile entre les différents plans de fissuration. Ceci explique la dépendance de la contrainte critique de rupture à la vitesse de déformation en pointe de fissure du fait du comportement visqueux des aciers ferritiques aux vitesses de propagation considérées. Cette thèse consiste à optimiser la méthode numérique mise en oeuvre pour simuler la propagation dynamique de fissure, identifier et valider un critère local de propagation et d’arrêt sur des chargements thermomécaniques complexes, rendre compte des trajets de fissuration variés, et approfondir les connaissances sur les micro-mécanismes physiques de la rupture pour renforcer le contenu physique du critère utilisé.L’identification du critère de propagation et d’arrêt a été faite par la simulation numérique des essais de rupture fragile réalisés sur des éprouvettes CT25 à quatre températures (-150°C, -125°C, -100°C et -75°C). La méthode des éléments finis étendus (X-FEM) a été utilisée dans le code de calcul CAST3M pour ces modélisations. Les résultats des analyses en 2D et 3D ont montré que la contrainte critique de rupture augmentait avec la vitesse de déformation plastique et ils ont donc permis d’établir un critère de propagation et d’arrêt basé sur cette contrainte.Une formulation analytique du critère a été développée pour justifier le critère identifié. La contrainte critique du critère a été considérée comme la somme de la contrainte critique de clivage et de la contrainte générée par la déformation des ligaments (ponts de matières résistants sollicités en cisaillement) en arrière du front de la fissure. Afin de quantifier ce phénomène, des mesures de caractérisations des ligaments ont été effectuées sur les faciès de rupture et sur les coupes transversales des éprouvettes. Le profil de contrainte sur les lèvres de la fissure, généré par les ligaments tendant à résister à l’ouverture de la fissure, a été calculé à l’aide de modélisations éléments finis de multifissures représentatives de la géométrie réelle de la fissure observée sur une coupe transversale. Ceci a permis d’obtenir la contribution de l’effort des ligaments à la contrainte critique en pointe de fissure, et de développer ensuite une formulation analytique pour la contrainte critique. La courbe de la formulation analytique présente un très bon accord avec le critère empirique identifié.Afin de tester la pertinence de ce critère, la prédiction de la propagation et de l’arrêt de fissure a d’abord été menée sur des essais isothermes, à la fois sur des éprouvettes CT25 (la fissure étant sollicitée en mode I) et ensuite sur des anneaux fissurés sollicités en mode mixte. Les résultats numériques des prédictions ont présenté une bonne cohérence avec les expériences.Ceci montre la pertinence du critère sous chargement isotherme. Pour étudier la propagation et l’arrêt de fissure sous choc thermique, un essai a ensuite été réalisé sur un anneau fissuré. Le chargement pour l’essai est plus complexe avec un couplage des chargements mécaniques et thermiques. La prédiction par le critère a été effectuée en 2D et en 3D. Les résultats prédits sont de bonne qualité en termes de cinétique de propagation et de longueur de fissure à l’arrêt. Ceci complète la validation du critère sous chargement thermomécanique.En parallèle, des expériences ont été menées sur des éprouvettes CT25 rallongées (de même hauteur qu’une CT25 mais de largeur double), présentant une bifurcation de la trajectoire de la fissure. [...]
The purpose of this PhD study is to predict the propagation and arrest of cleavage cracks in a French PWR vessel steel (16MND5). This is accomplished through use of a local criterion based on the critical stress calculated ahead of crack tip. Previous work has shown that fracture mechanism was cleavage associated with the ductile shear zone between the different planes of cracking. Thus, the critical stress at crack tip depends on stain rate. This thesis consists ofnumerical optimization, identification and validation of a local criterion based on experimentswhich have complex thermomechanical loads. The criterion accounts for various crack paths,deepening the knowledge about micro mechanisms during crack propagation in order to justify the established criterion.Criterion identification was carried out by using numerical simulations of tension tests performed on CT (Compact Tension) specimens at four different temperatures (-150°C, -125°C,-100°C and -75°C). The eXtended Finite Element Method (X-FEM) was used in CAST3M FEsoftware to model dynamic crack propagation and arrest. The analysis results in 2D and 3Dshowed that the critical stress at crack tip increased with the inelastic strain rate. Therefore, acriterion based on the critical stress was established. An analytical model was developed to justify the identified criterion. The critical stress givenby the local criterion was considered as the sum of the critical cleavage stress and the stress generated by the deformation of ligaments behind the crack tip. In order to quantify this phenomenon, measurements of ligaments’ characteristics have been performed on facture surfaces and on cross-sections of the specimens. The stress profile of the crack lips generated by ligaments was calculated by modeling of multi-cracks on specimen’s cross-section. The contribution of stress generated by ligaments to the critical stress at crack tip was obtained with this method, and then the analytical model of the critical stress was developed. The results of this analytical model is in good agreement with the empirical criterion identified.In order to test the validity of the identified criterion, the prediction of the crack propagation and arrest by the criterion was first performed for isothermal tests. It was performed both onCT25 specimens (crack was solicited in mode I) and on ring specimens in mixed mode loadingwhich were carried out at three different temperatures. The numerical results of prediction were in good agreement with experiments. They showed the validity of the criterion for experiments under isothermal loading for two different specimen geometries. In order to test the validity of criterion for the situation of thermal shock, experiments were carried out on ring specimens. At first, one ring specimen was cooled down to -150°C, and then hot water (≈90°C) was injected through the inner side of the ring specimen. At the same time of thermal shock, this specimen was submitted to a mechanical compressive loading (-750kN). The prediction of crack propagation and arrest by the criterion for this situation was calculated in both 2D and 3D. The predicted results were in good agreement with experiments for both crack speed and crack length. This confirmed that the criterion is relevant to predict the crack propagation and arrest for thermal shock.In parallel, some experiments were performed on extended CT25 specimens (same height but double the width of the CT25 specimen). The crack path on this kind of specimen was curved.A statistical effect by a random selection in the propagation direction was introduced to takeinto account the instability during the crack propagation. The numerical results correctlyreproduce the curvature and the dispersion of the crack paths