Academic literature on the topic 'Loi Hall-Petch'

Traditionally, ultimate tensile strength (UTS) is used as the main property for the characterization of lamellar graphite iron (LGI) alloys under static loads. The main models found in the literature for predicting UTS of pearlitic lamellar graphite iron are based on either regression analysis on experimental data or on modified Griffith or Hall-Petch equation.In pearlitic lamellar graphite iron the primary austenite dendritic network, transformed to pearlite, reinforces the bulk material while the distance between those pearlite grains, defines the maximum continuous defect size in the bulk material. Recently the novel parameter of the Diameter of Interdendritic Space has been used to express the flow length in a modified Griffith equation for the prediction of the UTS in LGI. Nevertheless this model neglects the strengthening effect of the pearlite lamellar spacing within the perlite grains. A model based on modified Hall-Petch equation was developed in this work. The model considers the effect of both microstructure parameters and covers a broad spectrum of microstructure sizes typical for complex shape castings with various wall thicknesses.

Les modèles continus de plasticité cristalline appliqués aux calculs de polycristaux métalliques sont efficaces pour voir le comportement mécanique global du polycristal, à partir des lois de comportement du monocristal. On obtient ainsi également les champs de contraintes et déformations locaux dans les grains. Ceci est rendu possible à l'aide de simulations par éléments finis sur un volume élémentaire représentatif d'agrégat et les modèles d'homogénéisation numérique. Ces approches échouent néanmoins pour décrire les effets d'échelle, classiquement observés en métallurgie physique et dont l'archétype est l'effet de taille de grain. Un modèle de plasticité cristalline de Cosserat appliqué dans le cas du comportement élastoplastique d'aciers IF ferritiques est proposé dans ce travail. Il introduit dans sa formulation une loi de durcissement supplémentaire associé à la courbure de réseau. La simulation d'agrégats polycristallins permet de reproduire numériquement un effet analogue à la loi de Hall-Petch. Une autre limite de la plasticité cristalline est liée à l'étape clé de validation expérimentale locale. L'information expérimentale est, en général, disponible à la surface de l'éprouvette.<br />La géométrie des grains sous la surface est cependant inconnue. Cette information est le plus souvent introduite dans les calculs par extension des joints de grains perpendiculairement à la surface. L'écart, fréquemment observé entre les résultats du calcul et les résultats expérimentaux, peut être expliqué par l'erreur qu'introduit ce choix. On donne ici un minorant de cette erreur en considérant plusieurs agrégats ayant la même morphologie granulaire à la surface libre mais des morphologies tridimensionnelles distinctes. En élasticité la dispersion des contraintes, en un point donné de la surface, avec différentes morphologies de grains sous-jacents est de l'ordre de 30%. En élastoplasticité la dispersion peut aisément atteindre 50% de la valeur de la contrainte, ce qui amène à considérer avec prudence l'identification d'une loi de comportement à partir des seules mesures de surface.

La résistance mécanique des polycristaux augmente lorsque leur taille de grain diminue. Cela se traduit par une loi d'échelle simple, qui est donnée par la loi de Hall-Petch. L'objectif de ce travail est d'étudier ce phénomène, au niveau microstructural et à celui du polycristal massif par une modélisation multiéchelles. Dans ce but nous avons adapté une simulation de dynamique des dislocations en trois dimentions ("mM"), destinée à l'études des monocristaux CFC, à l'étude de polycristaux à tailles de grains micrométriques. En fonction des déformations croissantes, nous observons un effet de taille qui se raproche d'une loi de Hall-Petch, au fur et à meusure que la déformation intergranulaire s'homogénéise. Les évolutions microstructurales obtenues ne sont pas compatibles aves le modèle classique des empilements, mais plutôt avec les modèles basés sur le blocage des dislocations aux joints de grains. En conséquence de ces résultats, nous avons utilisé une approche alternative basée sur un modèle constitutif pour l'évolution des densités de dislocations et leur stockage aux joints de grains, qui est résolu à l'aide d'un code de platicité cristalline. La loi de Hall-Petch est retrouvée avec des valeurs numériques des contantes conformes à l'expérience. Une étude comparative des rotations et des déformations des grains dans ce modèle numérique et des simulations de dynamique des dislocations permet de discuter les forces et les faiblesses des deux approches utilisées.

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but de mieux comprendre les relations entre la microstructure des revêtements métalliques nanocristallisés et leurs propriétés électrochimiques et mécaniques. Les dépôts de nickel sont élaborés par électrodéposition en courant continu et en courant pulsé dans un bain au sulfamate de nickel avec des sels de haute pureté, sans additif afin de minimiser les risques de contamination. Une caractérisation précise des états métallurgiques développés est réalisée au moyen de diverses techniques (MEB, MET, DRX, AFM, EBSD, SIMS, GDOES) afin d'évaluer la microstructure à différentes échelles (taille de grain, texture, contraintes internes, type de joints de grains) et d'identifier les contaminants. Trois types de texture ont été développés, associés à différentes tailles d'hétérogénéités structurales allant du micromètre à quelques dizaines de nanomètres. Une loi dite "d'échelle" a été mise en évidence, permettant de corréler les résultats obtenus par les diverses méthodes d'analyse. L'affinement de la taille de grain se traduit par une augmentation de la contamination dans les dépôts et entraîne une augmentation de la microdureté. La loi de Hall-Petch est influencée par l'orientation cristallographique ce qui a pu être relié à la nature des joints de grains et à la contamination des revêtements. Une étude préliminaire de la réactivité électrochimique en milieu acide a montré le rôle marqué des effets de surface (contamination et rugosité de surface). La réalisation d'un polissage électrolytique sur les revêtements a permis d'étudier l'influence des paramètres métallurgiques (taille de grain, contamination, nature des joints de grains) sur la réactivité. Les courbes de polarisation dans le domaine anodique et dans le domaine cathodique ont été simulées à l'aide de modèles cinétiques. Les résultats obtenus suggèrent que les joints de grains ont un effet qui peut être activant ou désactivant suivant l'étape considérée, ces effets pouvant être atténués par la présence d'impuretés. Les modifications de propriétés mécaniques et électrochimiques des revêtements ne peuvent être attribuées à une diminution de la taille de grain seule.

Les mousses de nickel sont utilisées comme support d'électrode de batteries Ni-MH (Nickel/Métal Hydrure) pour les véhicules hybrides. Le procédé de fabrication consiste à déposer environ 10 microns de nickel sur une mousse de polyuréthanne à cellules ouvertes. Un traitement thermique est ensuite appliqué avec un double objectif : élimination du polymère sous air lors d'un cycle thermique jusqu'à 600°C, suivi d'un recuit à 1000°C sous atmosphère réductrice pour atteindre les propriétés mécaniques requises au cahier des charges.<br /><br />Le principal objectif de cette étude est la réduction des coûts de production tout en améliorant les caractéristiques mécaniques de la mousse. Une des actions de progrès consiste à optimiser le traitement thermique. Pour ce faire, dans une première partie, une optimisation de la dégradation thermique du polyuréthanne est étudiée par analyse thermogravimétrique. La dégradation sous air conduit à la superposition de trois phénomènes dont les énergies d'activation associées ont été calculées par la méthode de Kissinger. Après déconvolution des courbes ATG afin de dégager la contribution de chacun des phénomènes, un modèle de dégradation thermique est proposé.<br /><br />Dans une seconde partie, l'influence de la taille de grains sur les propriétés mécaniques de la mousse a été étudiée. Les caractérisations métallurgiques ont permis une analyse du grossissement des grains qui s'opère durant le recuit. La technique EBSD a permis de savoir si les brins de nickel conservent la texture inhérente à celle du dépôt électrolytique et si la structure cristalline du nickel recuit est isotrope. De plus, cette technique s'est révélée fort pratique pour distinguer les grains des macles de recuit. L'influence de la taille des grains sur les propriétés mécaniques a été étudiée via la loi de Hall-Petch. Les parois des brins de nickel étant très fines, de l'ordre de 10 microns, la croissance des grains et le comportement mécanique peuvent être différents par rapport à du nickel massif. Les résultats obtenus pour les mousses de nickel ont donc été comparés, d'une part avec ceux recensés dans la littérature pour le nickel pur et dense, et d'autre part avec des feuillards de nickel de 10 et 50 microns d'épaisseur. La loi de Hall-Petch est observée pour des tailles de grains inférieures à l'épaisseur des feuillards ou à la paroi des brins dans le cas des mousses, tandis que lorsque la microstructure devient "bambou", la limite d'élasticité reste constante. Finalement, un modèle mécanique, dans l'esprit de celui de Gibson & Ashby, est présenté en incorporant l'effet de la taille des grains sur la limite d'élasticité et le module plastique.<br /><br />Les piles à combustible constituent un autre marché potentiel pour les mousses de nickel, demandant de hautes températures de fonctionnement. Pour connaître le comportement de la mousse à haute température, des essais de fluage en traction ont été réalisés, d'une part entre 100 et 200°C sous air et d'autre part, entre 500 et 700°C sous vide primaire. Les paramètres de fluage, à savoir, l'exposant de Norton et l'énergie d'activation ont été déterminés expérimentalement et incorporés dans deux modèles mécaniques reposant sur la déformation des brins par flexion ou par traction.

The mechanical properties of aluminum are shown to be of special importance beginning from the early 20th-century production of the material in single crystal and polycrystalline form. Experimental and theoretical researches of the time were concerned with particular influence of polycrystalline microstructure and the presence of crystal (grain) boundaries on both the material strength properties and on relation of those same properties to those for the full range of metal and alloy structures. Now it is well established that a relatively low value of the microstructural stress intensity, kε, is obtained for aluminum in the generalized Hall–Petch relation for its stress–strain, σε − ε, behavior depending on the average grain diameter, l, with intercept (friction) stress, σ0ε, which relation is given as: id="unequ63_1"&gt;σε=σ0ε+kεl−1/2With hindsight, taking σε = σ0ε provided the first connection between single crystal and polycrystalline strength measurements in the pioneering Taylor theory of plasticity proposed for aluminum and other face-centered cubic metals. Later, conventional and ultrafine grain size measurements are shown to verify the fuller H–P dependence. The present account builds onto the early history. A description is given for temperature, strain rate, and alloy-dependent mechanical property measurements. An understanding of the total measurements is described in terms of a dislocation pile-up model description for the relation. Emphasis is given to kε for pure aluminum and related metals being determined by cross-slip forced at grain boundaries. Particular attention is given to two characteristics of the metal mechanical behavior: (1) very high rate loading deformations leading to shock and shock-less isentropic compression experiments and (2) important grain size influences on nanopolycrystalline material behaviors. Additional results are presented on H–P aspects of the material strain ageing, shear banding, ductile fracturing, and fatigue behaviors.