Academic literature on the topic 'Micromécanismes de déformation'

Combinant une faible densité à d'excellentes propriétés mécaniques, le Ti-6Al-4V est l'alliage de titane le plus utilisé en aéronautique. Malgré cela, les mécanismes élémentaires de déformation du Ti-6Al-4V, responsables de ses propriétés mécaniques, ne sont pas encore totalement connus. L'objectif principal de ce travail est donc d'apporter une meilleure compréhension de ces micromécanismes. Cet alliage présentant d'assez mauvaises propriétés de surface, notamment au niveau de l'usure mécanique, nous nous sommes aussi intéressés aux modifications apportées par un traitement de surface protecteur (nitruration). Pour mener cette étude à bien, nous avons réalisé un grand nombre d'essais de traction in situ dans un microscope électronique en transmission (MET). Nous avons ainsi déterminé que la résistance de cet alliage est essentiellement due à la structure de cœur des dislocations vis de vecteur de Burgers de type a et que l'ordre à courte distance (OCD) a une influence notable dans la déformation des nodules. Le rôle des différents types d'interface dans la déformation a aussi été clairement défini. Concernant l'alliage traité en surface, les observations post mortem d'échantillons pré-déformés montrent que la couche nano-cristallisée en surface est une barrière à la propagation des dislocations et que, dans la couche de diffusion, l'OCD évolue vers la formation de nano-précipités ordonnés à longue distance conduisant à un mouvement plus collectif des dislocations. Enfin, nous avons réalisé pour la première fois un essai de traction MET in situ sur un échantillon préparé en section transverse grâce à la mise au point d'une méthode originale utilisant un FIB<br>Ti-6Al-4V is the most used titanium alloy in aeronautics because of its low density combined with excellent mechanical properties. However, the elementary mechanisms of deformation responsible for mechanical properties of Ti-6Al-4V alloys are not yet well understood. To provide a better knowledge of these micromechanisms is the main purpose of this work. As this alloy has relatively bad surface properties, particularly regarding mechanical wear, we are also interested in modifications induced by a protective surface treatment (nitridation). Numerous in situ transmission electron microscope (TEM) tensile experiments have been performed during this study. They have allowed us to determine that the strength is mainly due to the core structure of screw dislocations with a-type Burgers vectors and that short range order (SRO) has a non negligible effect in the deformation of nodules. The role of the different interfaces has been also clearly enlightened. Concerning the surface treated alloy, post mortem observations of pre-deformed samples show that the nano-crytallised layer at the surface is a barrier for the propagation of dislocations. In the diffusion layer SRO evolves to the formation of long range ordered nano-precipitates leading to a more localised deformation. Finally, an in situ TEM tensile experiment has been performed for the first time on a cross-section sample prepared with an original way using a FIB

L'étude menée au cours de ce travail de thèse consiste à analyser les micromécanismes qui contrôlent la déformation en fluage à 700°C, dans le superalliage AD730(tm) développé par Aubert &amp; Duval pour la fabrication des disques de turbines des futurs turboréacteurs pour application civile. Les différents éléments de la microstructure (taille, distribution et composition chimique de la matrice et des précipités) ont été caractérisés par Microscopie Electronique en Transmission (MET) en mode conventionnel et par des techniques d'analyse chimique (spectroscopies EDX et EELS). Les micromécanismes de déformation ont été identifiés au MET après des essais de fluage à 700°C sous 500 MPa, 600 MPa et 850 MPa pour différents états microstructuraux. L'étude des microstructures a permis de mettre en évidence que les traitements thermiques pouvaient modifier la composition chimique locale des différentes phases : variation de la teneur en Cr dans la matrice g, germination de phase g dans les précipités g' primaires et variation de la teneur en Ti dans les précipités g' secondaires. Ces fluctuations chimiques modifient les énergies de faute d'ordre et d'empilement qui contrôlent la propagation des dislocations. Ces paramètres ont pu être quantifiés et nous ont permis d'interpréter le comportement macroscopique. Quels que soient la contrainte appliquée et l'état microstructural, les mécanismes de déformation intragranulaires observés correspondent aux mécanismes classiquement cités dans les superalliages polycristallins. Ces résultats ont pu être validés grâce à l'évaluation des niveaux de contrainte associés à ces mécanismes. L'augmentation de la vitesse de déformation en fluage à 700°C dans le cas de la microstructure à grains fins (en comparaison avec la microstructure à gros grains), a pu être attribuée aux précipités g' primaires où se développe et d'où est émise la plasticité. L'augmentation de la vitesse de déformation lors des essais sous 850 MPa a pu être associée au rôle des joints de grains qui initient l'émission de plusieurs systèmes de glissement. En conclusion, ce travail a ainsi permis d'identifier un certain nombre de paramètres à l'échelle microscopique qui contrôlent le comportement en fluage à 700°C dans ce superalliage<br>The study carried out during this thesis consists in analyzing the micromechanisms that control the creep deformation at 700 ° C, in the AD730(tm) superalloy developed by Aubert &amp; Duval for the manufacture of turbine disks of the future turbojet engines for civil applications. The microstructure of the superalloy (size, distribution and chemical composition of the matrix and precipitates) has been characterized by conventional transmission electron microscopy (TEM) and by chemical analysis techniques (EDX and EELS spectroscopies). Deformation micromechanisms were identified at TEM after creep tests at 700°C at 500 MPa, 600 MPa and 850 MPa for different microstructural states. The study of the microstructures showed that thermal treatments can modify the local chemical composition of the different phases: variation of the Cr content in the matrix g, germination of g phase in the primary precipitates and variation of the Ti content in the secondary precipitates. These chemical fluctuations modify the antiphase boundary energy and the stacking fault energy that control the dislocation propagation. The quantification of these parameters allowed us to interpret the macroscopic behavior of the superalloy. Whatever the applied stress and the microstructural state, the observed intragranular deformation mechanisms correspond to conventional mechanisms reported in the literature for polycrystalline superalloys. Our results were validated by evaluating the stress levels associated with these mechanisms. The increase in the creep deformation rate at 700°C in the case of the fine-grained microstructure (in comparison with the coarse-grained microstructure), could be attributed to the primary precipitates where plasticity grows and is emitted. The increase of the creep strain rate at 850 MPa could be associated with the role of the grain boundaries which initiates the emission of several slip systems. In conclusion, this work allowed us to identify the parameters at microscopic scale that control the creep behavior at 700°C in the analyzed superalloy

L'allègement des structures qui est une des taches prioritaires dans le développement de nouveaux avions peut être obtenu par l'introduction de matériaux ayant de très hautes performances mécaniques spécifiques. Les alliages de titane, par leurs hautes propriétés mécaniques, leur faible densité, leur haute tolérance au dommage et leur résistance à la corrosion sont particulièrement intéressant pour atteindre cet objectif. Ce travail a pour but de caractériser et de comprendre les micro-mécanismes fondamentaux de déformation dans deux alliages de titane de nouvelle génération, dits -métastables, que sont le Ti 5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) et le Ti 17 (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr). Ces deux alliages apparaissent comme de très bons candidats pour remplacer l'alliage de référence dans l'aéronautique qu'est le TA6V (Ti-6Al-4V). Pour mener à bien cette étude nous avons dans un premier temps caractérisé par Microscopie Electronique en Transmission la microstructure très complexe de ces deux alliages : celle-ci est constituée de différentes phases hexagonales compactes ayant précipité dans une matrice cubique centrée. Une étude par déformation MET in situ couplée à des observations conventionnelles et en haute résolution ont permis d'identifier et quantifier les micro-mécanismes de déformation jouant un rôle dans la plasticité de ces matériaux. Nous avons ainsi déterminé que la résistance de ces alliages est due à différentes contributions telles qu'un durcissement structural, la présence d'un ordre local ou encore la structure de cœur des dislocations vis<br>The lightening of structure is one of the most important issue in the aircraft industry. The weight saving for future planes could be obtained by the use of materials with very high specific mechanical performances. Titanium alloys have high mechanical properties, a relatively low density, an high damage tolerance and corrosion resistance are particularly interesting to reach this purpose. The aim of this present work is to characterize and understand the fundamental micro-mechanisms of deformation in two titanium alloys: Ti 5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) and Ti 17 (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr). These two alloys seem to be good candidates to substitute the Ti64 alloy, which is the aeronautical industry reference. To carry out this study we have characterized by Transmission Electron Microscopy the microstructure, which consists in hexagonal phases embedded in a cubic centered matrix. In situ straining TEM experiments combined with conventional and High Resolution observations allow us to identified and quantified the micro-mechanisms of deformation that influence the plasticity in these materials. So we have determined that the strength is due to several contributions like: a structural hardening, the presence of a local order or the core structure of screw dislocations

Le Formage Incrémental (FI) est un procédé émergent de mise en forme de tôles. Par opposition aux procédés classiques mettant généralement en jeu des outillages complexes et des équipements onéreux, celui-ci met en œuvre un poinçon de faible taille par rapport aux dimensions de la pièce, dont le pilotage de la trajectoire permet de générer la forme désirée. Le principal frein au développement de cette technologie réside dans la difficulté d'obtention de géométries précises. L'objectif de cette étude est donc d'apporter une meilleure compréhension du procédé, par une double approche expérimentale originale qui vise à mettre en relation la mise en forme de la pièce par FI avec la réponse microstructurale du matériau, ici un titane pur T40. L'approche mécanique et cinématique du procédé est basée, d'une part sur la mesure des champs cinématiques par corrélation d'images numériques à la surface des pièces, et d'autre part sur la mesure des différentes composantes de l'effort de formage tout au long du processus. Les états globaux de déformations rencontrés sur la pièce formée ainsi que les déformations locales induites par le passage du poinçon ont ainsi été mis en évidence. Par ailleurs, les effets de plusieurs paramètres de formage sur la réponse du matériau en termes de développement des déformations et d'efforts de formage ont étés mis en lumière. L'analyse microstructurale des tôles formées a été effectuée à l'aide des techniques de microscopie électronique à balayage (MEB) et en transmission (MET), ainsi que la diffraction de rayons X (DRX). La caractérisation des microstructures par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) a mis en évidence l'apparition du maclage dans l'accommodation de la déformation générée par le procédé, les systèmes de maclages activés et leur occurrence dépendant de l'orientation de la sollicitation et du niveau de déformation. L'observation des arrangements de dislocations au MET a, quant à elle, permis de révéler une autre signature microstructurale des sollicitations de FI sur le T40<br>The single point Incremental Forming (SPIF) process is an emerging method of sheet metal forming. Unlike to conventional processes which are usually expensive due to tooling and equipment, SPIF involves a small punch with regard to the dimensions of the part and the forming is achieved by piloting the trajectory of the punch. The main obstacle in the development of this technology lies in the difficulty of obtaining precise geometries. The objective of this work is to bring a better understanding of the process, by an original dual experimental approach that aims to link the forming of the part by FI with the microstructural response of the material, here a pure titanium T40. The mechanical and kinematic approach of the process is based on one hand on the measurement of kinematic fields using digital image correlation on the parts surface, and on the other hand on the measurement of the forming forces throughout the forming. Various global strain states of the formed part and local strain state induced by the punch have then been highlighted. Besides, development of strain in the material and forming forces have been linked to several forming parameters. Microstructural analysis of strained sheets were performed using scanning (SEM) and transmission electron microscopy (SEM-TEM and X-rays diffraction (XRD). Electron backscatter diffraction (EBSD) characterization of microstructures highlighted twinning as an accommodation of the process generated strain, the activated twinning systems and their occurrence depending on the strain orientation and level. Observation of the dislocations arrangements in TEM allowed revealing another microstructural signature of the IF on T40

Dans ce travail est proposée une méthodologie générale de micromécanique expérimentale multi-échelle des polycristaux. Elle a été appliquée dans le cas d'un polycristal de sel gemme, qui en plus d'avoir des applications industrielles de stockage d'énergie et de déchets, constitue un matériau modèle de micromécanique présentant une déformation plastique aussi bien à l'ambiante qu'à haute température. La déformation ductile à l'échelle de la microstructure opère par la plasticité cristalline intra-granulaire traditionnelle, mais aussi des mécanismes de déformation inter-granulaires, tels que le glissement aux joints de grains. Nous avons dans un premier temps quantifié précisément la part de chacun de ces mécanismes locaux dans la déformation macroscopique du sel en se basant sur la technique de corrélation d'images numériques (CIN), obtenues au cours d'un essai de compression uni-axiale in-situ dans la chambre d'un microscope électronique à balayage (MEB). Afin d'augmenter la précision de cette quantification, des motifs spéciaux gravés aux interfaces des grains par micro-lithograhie ont été proposés. Ensuite, les observations surfaciques (par MEB) ont été étendues au cœur du matériau grâce à la micro-tomographie à rayons X et à la technique de corrélation d'images volumiques (CIV). Pour ce faire, des particules micrométriques de cuivre (3 % en volume) ont été dispersées dans le matériau lors de son élaboration, afin d'avoir un marquage local volumique adapté pour la CIV. Différentes microstructures (en termes de taille moyenne de grain) ont été considérées. De nouvelles procédures de CIV ont permis d'accéder à la répartition tridimensionnelle de la déformation ductile à l'échelle de la microstructure polycristalline avec une précision inferieure à la taille moyenne de grain. Les mécanismes de déformation observés à cœur d'échantillon sous chargement uni-axial sont cohérents avec ceux identifiés par les observations surfaciques. L'importance des mécanismes inter-granulaires dans la déformation ductile et dans l'endommagement diffus du sel a été confirmée. Une caractérisation tridimensionnelle de la microstructure par DCT (Diffraction Contrast Tomography) a été effectuée et comparée à des mesures surfaciques d'orientation cristalline par EBSD (Electron BackScattered Diffraction). Enfin, la comparaison des champs de déformation surfacique et volumique obtenus sur les mêmes échantillons a permis de retrouver les mêmes organisations et développements des localisations de déformation ductile en surface et en volume, et de les relier aux conditions de chargement et à la microstructure<br>We develop in this study new experimental methodologies for the multi-scale experimental investigation of the micromechanics of polycrystalline materials. These methodologies are applied to synthetic halite (NaCl), which is a convenient model polycristal due to its viscoplastic behavior at both ambient and high temperatures (350°C). In addition, halite is used for industrial applications such as underground energy and waste storage. The ductile deformation at the scale of the microstructure operates not only through conventional intra-granular plasticity, but also through inter-granular deformation mechanisms, such as grain-boundary sliding (GBS). First, we precisely quantify the relative contribution of each of these local mechanisms to the macroscopic deformation of halite. For this purpose, we apply digital image correlation (DIC) technique to high resolution images obtained during uniaxial compression tests in the chamber of a scanning electron microscope (SEM). The DIC algorithms have been modified to account for the discontinuous kinematics at grain boundries. We also propose a method to improve accuracy of GBS quantification, which consists in creating specific artificial patterns across grain-boundaries by electron beam lithography. The results show that GBS is present from the beginning of plastic deformation of the polycrystal. The 2D observations (using SEM) are complemented by 3D volume investigations using X-ray computed microtomography and Digital Volume Correlation (DVC) techniques. In order to obtain local volume markers differing in contrast (density) from NaCl and adapted to DVC, micrometric copper particles (3 % in volume) are dispersed into the material during its elaboration. Various microstructures (in terms of average grain size) are considered. New DVC protocols allow us to obtain the three-dimensional distribution of ductile deformation at the scale of the polycrystalline microstructure, with a spatial resolution finer than the average grain size. 3D and 2D local mechanical fields are compared on the same samples submitted to uniaxial compression. The strain patterns and the deformation mechanisms observed in depth of the sample are consistent with those identified by 2D observations. The results show the same organization and development of strain localization bands in relation with the loading conditions and microstructure, both at the surface and in volume. The importance of inter-granular mechanisms for the plastic deformation and diffuse damage of halite is also confirmed in 3D. Finally, in view of a further numerical model of the plasticity of the polycrystal, the three-dimensional polycrystalline microstructure is characterized by diffraction contrast tomography and compared to 2D measurements obtained by electron BackScattered diffraction

Le Formage Incrémental (FI) est un procédé émergent de mise en forme de tôles. Par opposition aux procédés classiques mettant généralement en jeu des outillages complexes et des équipements onéreux, celui-ci met en œuvre un poinçon de faible taille par rapport aux dimensions de la pièce, dont le pilotage de la trajectoire permet de générer la forme désirée. Le principal frein au développement de cette technologie réside dans la difficulté d'obtention de géométries précises. L'objectif de cette étude est donc d'apporter une meilleure compréhension du procédé, par une double approche expérimentale originale qui vise à mettre en relation la mise en forme de la pièce par FI avec la réponse microstructurale du matériau, ici un titane pur T40. L'approche mécanique et cinématique du procédé est basée, d'une part sur la mesure des champs cinématiques par corrélation d'images numériques à la surface des pièces, et d'autre part sur la mesure des différentes composantes de l'effort de formage tout au long du processus. Les états globaux de déformations rencontrés sur la pièce formée ainsi que les déformations locales induites par le passage du poinçon ont ainsi été mis en évidence. Par ailleurs, les effets de plusieurs paramètres de formage sur la réponse du matériau en termes de développement des déformations et d'efforts de formage ont étés mis en lumière. L'analyse microstructurale des tôles formées a été effectuée à l'aide des techniques de microscopie électronique à balayage (MEB) et en transmission (MET), ainsi que la diffraction de rayons X (DRX). La caractérisation des microstructures par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) a mis en évidence l'apparition du maclage dans l'accommodation de la déformation générée par le procédé, les systèmes de maclages activés et leur occurrence dépendant de l'orientation de la sollicitation et du niveau de déformation. L'observation des arrangements de dislocations au MET a, quant à elle, permis de révéler une autre signature microstructurale des sollicitations de FI sur le T40.

L'objectif du présent travail est double : d'une part mettre au point un dispositif de microscopie in situ qui permette de faire des observations de l'endommagement de surface en fatigue d'une éprouvette standard en acier duplex, à l'échelle de la microstructure (images de 120 x 90 Μm2), en cours d'essais ; d'autre part acquérir régulièrement des images durant le cyclage à l'aide de ce dispositif, afin d' analyser l'endommagement grâce aux champs cinématiques calculés par corrélation d'images numériques (CIN) (logiciels CORRELILMT et CORRELIQ4). Des observations de surface permettent d'identifier et de suivre le développement et la localisation de la déformation plastique cyclique, d'identifier les sites d'amorçage des microfissures et de suivre la propagation des microfissures en surface. Ces observations, associées à des analyses EBSD, permettent d'identifier les systèmes de glissement activés dans chaque phase. Des mesures de relief de surface par profilométrie interférométrique permettent de caractériser la morphologie des marques de glissement apparues en surface. La texture de niveaux de gris de l'image, nécessaire à la CIN, est obtenue par attaque électrochimique. Les champs mesurés mettent en évidence les hétérogénéités de déformations à l'échelle des grains, le niveau des déformations plastiques cumulées et leur dispersion, dans chacune des phases. Ils permettent par ailleurs de détecter les sites probables d'amorçage des microfissures, bien avant leur observation. L'étude montre la complémentarité des diverses techniques utilisées, et en particulier l'intérêt des mesures de champs à l'échelle de la microstructure, vis-à-vis de la compréhension de l'endommagement en fatigue plastique oligocyclique dans le matériau biphasé qu'est l'acier duplex (taille de grain de l'ordre de 10 Μm).