Proceedings of the 3rd International Symposium on High Temperature Corrosion and Protection of Materials
Actes du 3ème Colloque International sur la Corrosion et la Protection des Matériaux à Haute Température

J. Phys. IV France 03 (1993) C9-1023-C9-1029
DOI: 10.1051/jp4:19939105

Un modèle pour le calcul des déformations et des contraintes résiduelles dans les couches d'oxyde lors de chargements thermiques à régime variable

A. Touati¹, J.M. Roelandt¹, F. Armanet², M . Lambertin¹ and G. Béranger<sup>1

1</sup>  Laboratoire de Génie Mécanique pour les Matériaux et les Structures, URA CNRS 1505, Université de Technologie de Compiègne, BP 649, 60206 Compiègne Cedex, France
²  Embassy of France, 4101 Reservoir road N.W., 20007, 2176, Washington D.C., U.S.A.

Résumé
Nous présentons un modèle unidimensionnel de type éléments finis concernant les milieux oxydés dans des conditions de sollicitations thermiques à régime variable. Ce modèle prend en compte la croissance des couches d'oxyde au cours du temps, les relations d'épitaxie et de variations de volume à l'interface métal-oxyde, les comportements visco-plastiques du métal ainsi que la variation des coefficients mécaniques en fonction de la température. Ce modèle permet de déterminer et de suivre par le calcul les variations des contraintes dans l'épaisseur de la couche d'oxyde pendant des cycles de chargement mécanique ou thermique. En particulier, nous avons étudié l'influence de la vitesse de refroidissement sur le niveau des contraintes résiduelles. Les résultats numériques ont fait l'objet d'une confrontation avec l'expérience et paraissent en bonne concordance avec les mesures des contraintes résiduelles effectuées par la diffraction des rayons X sur le système Ni/NiO.

Abstract
A one-dimensional model based on finite elements calculation is proposed in order to explain the mechanical behaviour of metal-oxide systems. In spite of a general approach this model has been specially applied to the NiO/Ni system. This model takes into account the thickening of the oxide layer, the epitaxial misfit between the oxide scale and the metallic substrate, the volume variations, the visco-plastic deformations of the materials and the effect of temperature on the mechanical coefficients of the system. This model leads to calculate the variation of the residual stresses in the oxide scale and to relate them to thermal cycling conditions or variations of cooling rates. The calculated values are compared to experimental data obtained by X-RD ; this comparison demonstrates a good agreement.

© EDP Sciences 1993