Mechanical properties of stainless steel by using high temperature microhardness tester

In the aeronautical field, materials are used in severe environmental conditions (temperature, atmosphere), particularly for engine applications. In order to qualify new alloys compositions, ONERA is developing micromechanical characterization means to carry out indentation tests from room temperature up to 700 degrees C under conditions close to operating conditions. This method presents the interest of performing tests faster than classical mechanical tests like tensile or bending tests under severe conditions and with small amounts of materials. In order to carry out screening tests, a 316L stainless steel is studied and the evolution of hot Vickers hardness properties and yield stress versus temperature are presented. By increasing the applied load from 0.1 to 20 N, we show that we can neglect surface microstructural changes or possible contamination of the sample surface by oxidation. We show that from 0.5 N, the hardness measurement is independent of load on 316L stainless steel. By using Tabor's law to express the mechanical resistance, we show that the hardness decreases by 50% when the test temperature goes from 20 to 700 degrees C, which is close to the supplier's values. A discussion on the use of indentation to determine mechanical resistance and the limitations of this technique is presented. In perspective, these measurements could be carried out at 1000 degrees C and on many different materials such as layers, coatings, composite materials, brazing cords or additive manufacturing materials. Dans le domaine aeronautique, les materiaux sont utilises dans des conditions environnementales severes (temperature, atmosphere), notamment pour les applications moteurs. Afin de qualifier de nouvelles compositions d'alliages, l'ONERA developpe des moyens de caracterisation micromecanique permettant de realiser des essais d'indentation allant de la temperature ambiante jusqu'a 700 degrees C dans des conditions proches des conditions operatoires. Cette methode presente l'interet de realiser des essais plus rapidement que les essais mecaniques classiques comme les essais de traction ou de flexion dans des conditions severes et avec de petites quantites de materiaux. Afin de realiser des tests en serie, un acier inoxydable 316L est etudie et l'evolution des proprietes de durete Vickers a chaud et de la resistance mecanique en fonction de la temperature sont presentees. En augmentant la charge appliquee de 0,1 a 20 N, nous montrons que nous pouvons negliger les changements microstructuraux de surface ou une eventuelle contamination de la surface de l'echantillon par oxydation. Nous montrons qu'a partir de 0,5 N, la mesure de durete est independante de la charge sur l'inox 316L. En utilisant la loi de Tabor pour exprimer la resistance mecanique, nous montrons que la durete diminue de 50 % lorsque la temperature d'essai passe de 20 a 700 degrees C, ce qui est proche des valeurs du fournisseur. Une discussion sur l'utilisation de l'indentation pour determiner la resistance mecanique et les limitations de cette technique est presentee. En perspective ces mesures pourraient etre effectuees a 1000 degrees C et sur de nombreux materiaux differents tels que des couches, des revetements, des materiaux composites, des cordons de brasage ou des materiaux de fabrication additive.